第十章 电子衍射.pdf

2010-3-92010-3-9第十章第十章电子衍射电子衍射?概述概述?电子衍射原理电子衍射原理?电子显微镜中的电子衍射电子显微镜中的电子衍射?多晶体电子衍射花样多晶体电子衍射花样?单晶电子衍射花样标定单晶电子衍射花样标定?复杂电子衍射花样复杂电子衍射花样制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-91.概述1.概述电镜中的电子衍射，其衍射几何与X射线完全相同，都遵循布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系。衍射方向可以由厄瓦尔德球(反射球)作图求出。因此，许多问题可用与X射线衍射相类似的方法处理。电镜中的电子衍射，其衍射几何与X射线完全相同，都遵循布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系。衍射方向可以由厄瓦尔德球(反射球)作图求出。因此，许多问题可用与X射线衍射相类似的方法处理。?电子衍射与X射线衍射相比的优点电子衍射与X射线衍射相比的优点电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结合起来。电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结合起来。电子波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体的倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出一些晶体的结构和有关取向关系，使晶体结构的研究比X射线简单。电子波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体的倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出一些晶体的结构和有关取向关系，使晶体结构的研究比X射线简单。物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约为X射线一万倍，曝光时间短。物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约为X射线一万倍，曝光时间短。制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9不足之处不足之处电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者产生交互作电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者产生交互作用，使电子衍射花样，特别是强度分析变得复杂，用，使电子衍射花样，特别是强度分析变得复杂，不能象X射线不能象X射线那样从测量衍射强度来广泛的测定结构。那样从测量衍射强度来广泛的测定结构。此外，散射强度高导此外，散射强度高导致电子透射能力有限，要求试样薄，这就使试样制备工作较X射致电子透射能力有限，要求试样薄，这就使试样制备工作较X射线复杂；在精度方面也远比X射线低。线复杂；在精度方面也远比X射线低。1.概述1.概述?电子衍射花样特征电子衍射花样特征?电子束照射电子束照射?单晶体：单晶体：一般为斑点花样；一般为斑点花样；?多晶体：多晶体：同心圆环状花样；同心圆环状花样；?织构样品：织构样品：弧状花样；弧状花样；?无定形试样（准晶、非晶）：无定形试样（准晶、非晶）：弥散环。弥散环。制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-91.概述1.概述制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?衍射花样的分类衍射花样的分类1）1）斑点花样斑点花样：平行入射束与单晶作用产生斑点状花样；主要用于确定第二象、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件；平行入射束与单晶作用产生斑点状花样；主要用于确定第二象、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件；2）2）菊池线花样菊池线花样：平行入射束经单晶非弹性散射失去很少能量，随之又遭到弹性散射而产生线状花样；主要用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体的精确取向、布拉格位置偏移矢量、电子波长的测定等；平行入射束经单晶非弹性散射失去很少能量，随之又遭到弹性散射而产生线状花样；主要用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体的精确取向、布拉格位置偏移矢量、电子波长的测定等；3）3）会聚束花样会聚束花样：会聚束与单晶作用产生盘、线状花样；可以用来确定晶体试样的厚度、强度分布、取向、点群、空间群以及晶体缺陷等。会聚束与单晶作用产生盘、线状花样；可以用来确定晶体试样的厚度、强度分布、取向、点群、空间群以及晶体缺陷等。1.概述1.概述制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?布拉格定律布拉格定律?一般形式：一般形式：2dsin=2dsin=?极限条件：极限条件：2d，即对于给定的晶体，只有当入射波长足够短时，才能产生衍射。对于透射电镜，加速电压为100200kV，则电子波波长102d，即对于给定的晶体，只有当入射波长足够短时，才能产生衍射。对于透射电镜，加速电压为100200kV，则电子波波长10-2-21010-3-3nm，而常见晶体的晶面间距为d 1010nm，而常见晶体的晶面间距为d 1010-1-1nm,因此，sin=2d 10nm,因此，sin=2d 10-2-2，即 10，即 10-2-2radrad?电子衍射角非常小，是电子衍射与X射线衍射之间的主要区别。电子衍射角非常小，是电子衍射与X射线衍射之间的主要区别。2.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?倒易点阵与衍射点阵倒易点阵与衍射点阵2.电子衍射原理2.电子衍射原理正空间倒空间正空间倒空间uvwr)(111lkh)(222lkh)(333lkh)(111lkh)(222lkh)(333lkh*)(uvw图 晶带正空间与倒空间对应关系图图 晶带正空间与倒空间对应关系图?(hkl)晶面可用一个矢量表示，一个晶带的所有面的矢量（点）位于同一平面，具有上述特性的点、矢量、面分别称为倒易点，倒易矢量、倒易面。?将所有hkl晶面相对应的倒易点都画出来,就构成了倒易点阵,过O*点的面称为0层倒易面,上、下和面依次称为1，2层倒易面。制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?晶带定律晶带定律r rg=0，狭义晶带定律，倒易矢量与r垂直，它们构成过倒易点阵原点的倒易平面g=0，狭义晶带定律，倒易矢量与r垂直，它们构成过倒易点阵原点的倒易平面r rgN，广义晶带定律,倒易矢量与r不垂直。这时g的端点落在第非零层倒易结点平面。gN，广义晶带定律,倒易矢量与r不垂直。这时g的端点落在第非零层倒易结点平面。2.电子衍射原理2.电子衍射原理uvwrNlwkvhu=+0=+lwkvhugg/g0g图 与的关系示意图图 与的关系示意图r*)(Nuvw*0)(uvw制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?偏离矢量偏离矢量?理论上获得衍射花样的条件:理论上获得衍射花样的条件:2.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?由于倒易阵点具有一定形状，因此在偏离布拉格角范围max内，倒易点也有可能与厄瓦尔德球面相接触而产生衍射。如图是倒易杆与厄瓦尔德球相交的情况，当2偏离时，倒易杆中心至与厄瓦尔德球面交截点的距离可用矢量s表示，s就是s就是偏离矢量偏离矢量。?为正时，s矢量为正，反之为负；为正时，s矢量为正，反之为负；?精确符合布拉格条件时，0，s0精确符合布拉格条件时，0，s02.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-92.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9当赋予倒易点以衍射属性时，倒易点的大小与形状与晶体的大小和形状有关，并且当倒易点偏离反射球为s时，仍会有衍射发生，只是比s=0时弱。2.电子衍射原理2.电子衍射原理?晶体尺寸效应晶体尺寸效应晶体尺寸效应晶体尺寸效应?各种晶形相应的倒易点宽化的情况各种晶形相应的倒易点宽化的情况小立方体小立方体六角形星芒六角形星芒小球体小球体大球加球壳，大球加球壳，盘状体盘状体杆杆针状体针状体盘盘（参见下图）?问题：问题：为什么Ewald球与倒易面相切会有很多斑点?为什么Ewald球与倒易面相切会有很多斑点?制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9D1图 各种晶形相应倒易点宽化情形图 各种晶形相应倒易点宽化情形xyz1t2tDD1tt121 t11 tDDt1t1t?晶形晶形小立方体倒易空间的强度分布球盘针状小立方体倒易空间的强度分布球盘针状制作：艾云龙制作：艾云龙2.电子衍射原理2.电子衍射原理2010-3-92010-3-9衍射束入射束倒易杆厄瓦尔德球倒易空间原点衍射束入射束倒易杆厄瓦尔德球倒易空间原点强度（任意单位）强度（任意单位）图 薄晶的倒易点拉长为倒易杆产生衍射的厄瓦尔德球构图图 薄晶的倒易点拉长为倒易杆产生衍射的厄瓦尔德球构图2.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-92.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-91122d1oo GG RL试样入射束厄瓦尔德球倒易点阵底板电子衍射花样形成示意图试样入射束厄瓦尔德球倒易点阵底板电子衍射花样形成示意图制作：艾云龙制作：艾云龙2.电子衍射原理2.电子衍射原理2010-3-92010-3-9?衍射花样与晶体的几何关系衍射花样与晶体的几何关系?Bragg定律：Bragg定律：2d sin=2d sin=?d=晶面间距?电子波长?=Bragg 衍射角?衍射花样投影距离：衍射花样投影距离：?当很小tan22sin?rd=L=常数rd=L=常数2tanLr=rOGGLd2.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?几何特点：几何特点：1）作Ewald球1）作Ewald球根据布拉格方程，极小，则极小。根据布拉格方程，极小，则极小。S0/=k0S/=kg ghklhkl(hkl)000(hkl)(hkl)000(hkl)L22R Rhklhkl反射球反射球照相底板照相底板样品样品2）极小，则Ewald球 极大，球面接近平面。2）极小，则Ewald球 极大，球面接近平面。R=LR=Ltg2Ltg2Lsin22Lsin22Lsinsin可得R/L=2sin=/dR/L=2sin=/d?电子衍射的基本公式：电子衍射的基本公式：R/L=/d R/L=/d 式中：R衍射斑点距中心的距离电子波长L镜筒长度，为定值2.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-92.电子衍射原理2.电子衍射原理?设：K=LK=L为相机常数为相机常数，则 R=K/d=KR=K/d=Kr r*可知：可知：1）R与r*有关，与r*的值成正比；2）衍射斑点为倒易点的投影。可以证明：可以证明：电子衍射结果是晶体倒易点阵投影的直观反映，衍射花样相当于倒易点阵被反射球所截的二维倒易面的放大投影。（即照相底片上的衍射花样是通过倒易原点的倒易面在底片上放大了L倍）。?通过测量R，可求出该衍射点所对应的面网的面间距d，通过测量R，可求出该衍射点所对应的面网的面间距d，?L又称仪器常数，可用已知标准物质测出。L又称仪器常数，可用已知标准物质测出。制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-92.电子衍射原理2.电子衍射原理制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?有效相机常数有效相机常数?同一晶面的衍射束是平行的（如hkl的衍射束方向均为），所以同一晶面的衍射束将在物镜背焦面上聚焦成一点，所有满足衍射条件的晶面将在物镜的背焦面上形成一幅由透射斑点和衍射斑点组成的衍射花样，该衍射花样与厄瓦尔德球倒易截面相似。同一晶面的衍射束是平行的（如hkl的衍射束方向均为），所以同一晶面的衍射束将在物镜背焦面上聚焦成一点，所有满足衍射条件的晶面将在物镜的背焦面上形成一幅由透射斑点和衍射斑点组成的衍射花样，该衍射花样与厄瓦尔德球倒易截面相似。?由于通过透镜中心的电子束可以看成不受折射，对于物镜背焦面上形成的第一幅花样而言，物镜的焦距f由于通过透镜中心的电子束可以看成不受折射，对于物镜背焦面上形成的第一幅花样而言，物镜的焦距f0 0相当于它的相机长度。相当于它的相机长度。3.电子显微镜中的电子衍射3.电子显微镜中的电子衍射制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9使中间镜物平面与物镜背焦面重合，且设中间镜及投影镜的放大倍数分别为M使中间镜物平面与物镜背焦面重合，且设中间镜及投影镜的放大倍数分别为MI I、M、MP P，则在底版上：，则在底版上：000sin22frdftgfPOr=KL Rd LK MMfL )(pI00=则为有效相机常数为有效相机长度定义pIPIMMfRdMMrR样品物镜样品物镜f0OP背焦面背焦面r2 3.电子显微镜中的电子衍射3.电子显微镜中的电子衍射制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?选区电子衍射选区电子衍射?选区衍射就是在样品上选择一个感兴趣的区域，并限制其大小，得到该微区电子衍射图的方法。也称微区衍射。两种方法：两种方法：?光阑选区衍射（Le Pool方式）光阑选区衍射（Le Pool方式）-用位于物镜象平面上的选区光阑限制微区大小。先在明场象上找到感兴趣的微区，将其移到荧光屏中心，再用选区光阑套住微区而将其余部分挡掉。理论上，这种选区的极限0.5m。-用位于物镜象平面上的选区光阑限制微区大小。先在明场象上找到感兴趣的微区，将其移到荧光屏中心，再用选区光阑套住微区而将其余部分挡掉。理论上，这种选区的极限0.5m。?微束选区衍射微束选区衍射-用微细的入射束直接在样品上选择感兴趣部位获得该微区衍射像。电子束可聚焦很细，所选微区可小于0.5m。可用于研究微小析出相和单个晶体缺陷等。目前已发展成为微束衍射技术。-用微细的入射束直接在样品上选择感兴趣部位获得该微区衍射像。电子束可聚焦很细，所选微区可小于0.5m。可用于研究微小析出相和单个晶体缺陷等。目前已发展成为微束衍射技术。3.电子显微镜中的电子衍射3.电子显微镜中的电子衍射制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-93.电子显微镜中的电子衍射3.电子显微镜中的电子衍射制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?磁转角磁转角电子显微镜所用的电磁透镜在聚焦、成象过程中，除了使电子发生径向折射外，还有使电子运动的轨迹绕光轴转动的作用，无论是显微图象还是衍射花样，都存在一个磁转角的问题。设图象相对于样品的磁转角为设图象相对于样品的磁转角为i i，衍射斑点相对于样品的磁转角为衍射斑点相对于样品的磁转角为d d，则衍射斑点相对于图象的磁转角为：则衍射斑点相对于图象的磁转角为：=i i-d d?现代电镜一般都安装有磁转角自动补正装置。现代电镜一般都安装有磁转角自动补正装置。3.电子显微镜中的电子衍射3.电子显微镜中的电子衍射制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?电子衍射花样电子衍射花样花样分析分为两类：花样分析分为两类：一是结构已知，确定晶体缺陷及有关数据或相关过程中的取向关系；一是结构已知，确定晶体缺陷及有关数据或相关过程中的取向关系；二是结构未知，利用它鉴定物相。指数标定是基础。二是结构未知，利用它鉴定物相。指数标定是基础。3.电子显微镜中的电子衍射3.电子显微镜中的电子衍射制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?花样花样?与X射线衍射法所得花样的几何特征相似，由一系列不同半径的同心园环一系列不同半径的同心园环组成，是由辐照区内大量取向杂乱无章的细小晶体颗辐照区内大量取向杂乱无章的细小晶体颗粒产生，d值相同的同一(hkl)晶面族所产生的衍射束，构成以入射束为轴，2为半顶角的园锥面，它与照相底板的交线即为半径为R=L/dK/d的园环。?R和1/d存在简单的正比关系R和1/d存在简单的正比关系?对立方晶系：对立方晶系：1/d2=（h2+k2+l2）/a2N/a2?通过R通过R2 2比值确定环指数和点阵类型。比值确定环指数和点阵类型。4.多晶体电子衍射花样的产生及其几何特征4.多晶体电子衍射花样的产生及其几何特征制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9A)晶体结构已知：测R、算R2、分析R2比值的递增规律、定N、求(hkl)和a。如已知K,也可由d=K/R求d对照ASTM求(hkl)。B)晶体结构未知：测R、算R2、Ri2R12，找出最接近的整数比规律、根据消光规律确定晶体结构类型、写出衍射环指数(hkl)，算a。如已知K,也可由d=K/R求d对照ASTM求(hkl)和a,确定样品物相。4.多晶体电子衍射花样的产生及其几何特征4.多晶体电子衍射花样的产生及其几何特征?分析方法分析方法?主要用途主要用途已知晶体结构，标定相机常数，一般用Au,FCC,a=0.407nm，也可用内标。物相鉴定：大量弥散的萃取复型粒子或其它粉末粒子。制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?单晶电子衍射花样的几何意义单晶电子衍射花样的几何意义单晶电子衍射花样实际上是一个二维的倒易截面(uvw)*。花样中出现大量强度不等的衍射斑点，主要得益于：主要得益于：?倒易阵点的扩展（倒易杆、盘、球等）；倒易阵点的扩展（倒易杆、盘、球等）；?厄瓦尔德球半径1/很大，球面近似于平面；厄瓦尔德球半径1/很大，球面近似于平面；?加速电压不够稳定，入射电子束波长不单一，厄瓦尔德球面具有一定厚度。加速电压不够稳定，入射电子束波长不单一，厄瓦尔德球面具有一定厚度。上述因素使倒易阵点接触球面的机会大大增多，从而形成一幅完整的衍射花样。上述因素使倒易阵点接触球面的机会大大增多，从而形成一幅完整的衍射花样。5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?单晶花样分析的任务单晶花样分析的任务?基本任务基本任务?确定花样中斑点的指数及其晶带轴方向uvw；确定花样中斑点的指数及其晶带轴方向uvw；?确定样品的点阵类型、物相和位向。确定样品的点阵类型、物相和位向。?一般分析任务可分为两大类：一般分析任务可分为两大类：?测定新结构，这种结构的参数是完全未知的，在ASTM卡片中和其它文献中都找不到；测定新结构，这种结构的参数是完全未知的，在ASTM卡片中和其它文献中都找不到；?鉴定旧结构，这种结构的参数前人已作过测定，要求在这些已知结构中找出符合的结构来。鉴定旧结构，这种结构的参数前人已作过测定，要求在这些已知结构中找出符合的结构来。5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?主要方法有：主要方法有：尝试校核法尝试校核法和和标准花样对照法标准花样对照法。?标定步骤：标定步骤：?1）选择靠近中心且不在一直线上的几个斑点，测量它们的R值；1）选择靠近中心且不在一直线上的几个斑点，测量它们的R值；?2）利用2）利用R R2 2比值的递增规律确定点阵类型和这几个斑点所属的晶面族指数hkl。如果已知样品和相机常数，可分别计算产生这几个斑点的晶面间距（RKd），并与标准d值比较直接写出hkl；比值的递增规律确定点阵类型和这几个斑点所属的晶面族指数hkl。如果已知样品和相机常数，可分别计算产生这几个斑点的晶面间距（RKd），并与标准d值比较直接写出hkl；?单晶电子衍射花样的指数化标定基本程序单晶电子衍射花样的指数化标定基本程序5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?3）进一步确定晶面组指数（hkl）。3）进一步确定晶面组指数（hkl）。?尝试校核法：尝试校核法：首先根据斑点所属的hkl,任意假定其中一个斑点的指数，如h h1 1k k1 1l l1 1，再根据和的夹角测量值与计算值相符的原则，确定第二个斑点的指数h2k2l2。夹角可通过计算或查表得到。夹角可通过计算或查表得到。?立方体的夹角计算公式：立方体的夹角计算公式：?4）其余斑点的指数，可由的矢量运算得到，必要时也应反复验算夹角。4）其余斑点的指数，可由的矢量运算得到，必要时也应反复验算夹角。1R2R)(cos222222212121212121lkhlkhl lkkhh+=R33333333213213213213,llkkhhRRlllkkkhhhRRR=+=+=+=+=5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?求晶带轴指数求晶带轴指数：逆时针法则逆时针法则()11 1h k l()22 2h k l?排列按逆时针排列按逆时针?5）任取不在同直线上的两个斑点（如h5）任取不在同直线上的两个斑点（如h1 1k k1 1l l1 1和h和h2 2k k2 2l l2 2）确定晶带轴指数uvw。）确定晶带轴指数uvw。wvullkhlkkhlkhhRRuvw21222211112121=5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?标准衍射图法标准衍射图法二维倒易面的画法面心立方(321)*a、试探法求(H1K1L1)及与之垂直的(H2K2L2),(1-1-1),(2-8 10)b、求|g1|/|g2|,画g1,g2c、矢量加和得点(3-9 9),由此找出(1 3 3),(2 6 6)d、重复最小单元5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?单晶花样的不唯一性1）表现形式单晶花样的不唯一性1）表现形式同一衍射花样有不同的指数化结果2）产生原因：2）产生原因：?头两个斑点的任意性?二次对称性?偶合不唯一性，常出现于立方晶系的中高指数，如(352)和(611)，(355)和(173)3）影响：3）影响：物相分析，可不考虑；但作取向关系、计算缺陷矢量分析时必须考虑。物相分析，可不考虑；但作取向关系、计算缺陷矢量分析时必须考虑。4）消除办法4）消除办法转动晶体法，让和斑点自洽（上交编书，P79）借助复杂电子衍射花样分析，如双晶带衍射花样、高阶劳厄带花样分析。5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?当晶带轴与电子束平行时，单晶斑点花样即该晶带的衍射花样，为什么当晶带轴与电子束平行时，单晶斑点花样即该晶带的衍射花样，为什么？?同一晶带中所有晶面的法线都垂直晶带轴而处于同一平面内，通过倒易面原点的倒易面上的所有倒易矢量也是处在同一面上。（倒易面矢量是垂直于正空间的相应面的）?所以，当晶带轴平行入射电子束方向时，通过原点的倒易面就是这个晶带相应的倒易面，这样形成的电子衍射花样就是这个晶带相应的衍射花样。?如果我们预先画出各种晶体点阵主要晶带的倒易截面，以此作为不同入射条件下的标准花样，则实际观察记录到的衍射花样，可以直接通过与如果我们预先画出各种晶体点阵主要晶带的倒易截面，以此作为不同入射条件下的标准花样，则实际观察记录到的衍射花样，可以直接通过与标准花样的对照标准花样的对照，写出斑点指数并确定晶带轴方向。，写出斑点指数并确定晶带轴方向。5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?电子衍射斑点花样的几何图形：电子衍射斑点花样的几何图形：可能归属可能归属立立方，四方方，四方六方、三方、立方六方、三方、立方单斜、正交、四方、六方、单斜、正交、四方、六方、三方、立方三方、立方（除三斜）（除三斜）单斜、正交、四方、六方单斜、正交、四方、六方三方、立方三方、立方（除三斜）（除三斜）（1）正方形（1）正方形（2）正六角形（2）正六角形（3）有心矩形（3）有心矩形000010001（4）矩形（4）矩形（5）平行四边形（5）平行四边形三斜、单斜、正交、四方、六三斜、单斜、正交、四方、六方、三方、立方方、三方、立方（所有）（所有）5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?单晶电子衍射花样标定实例单晶电子衍射花样标定实例?例1，如图为某一电子衍射花样，试标定。已知，RA=7.3mm，RB=12.7mm，RC=12.6mm，RD=14.6mm，RE=16.4mm，=73；加速电压200kV，相机长度800mm。000ABEDC5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-93111011211011213173gg112110=验证0.388nma311311=数此为体心立方，点阵常），或倒易面为（晶带轴为斑点编号斑点编号AB C D ER/mm 7.3 12.7 12.6 14.6 16.4R2 53.29 161.29 158.76 213.16 268.96Rj2/RA2 1 3.03 2.98 4 5.05(Rj2/RA2)2 2 6.05 5.96 8 10.1N 2 6 6 8 10hkl 110 211 211 220 310Hkl 110 215.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定1 121 220 301制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?例2，下图为某物质的电子衍射花样，试指标化并求其晶胞参数和晶带方向。RA7.1mm,RB10.0mm,RC=12.3mm,(RARB）90o,(rArC）55o,L14.1mm.5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定C112112A110002110112112002000B制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?解1：1）从6:4:2:321222=NNNRRRCBA可知为等轴体心结构。2）从 rd=L,可得 dA=1.99 ，dB=1.41,dC=1.15.3）查 ASTM 卡片，该物质为 Fe.从 ASTM 可知dA=110,dB=200,dC=211.选 A=,B=002,C=2110115.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定C 112112A110002110112112002000B制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-94)检查夹角：007.54,31cos,90,0cos=ACACABAB与测量值一致。5)对各衍射点指标化如右：6)a=2dB=2.83,7)可得到 uvw=220.晶带轴为 uvw=110。112C112A110002110112112002000B5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?解2：1）由可知为等轴体心结构。2）因为 N=2在A，所以 A 为 110,并假定点 A 为011因为 N=4在B，所以 B 为 200,并假定点 B 为 200 6:4:2:321222=NNNRRRCBA5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-93）计算夹角：0222222212121212121452242000121cos=+=+=lkhlkhl lkkhhAB与测量值不一致。测量值(RARB）90o4）假定B 为 002,与测量值一致。所以 A=and B=002011由矢量合成法，得知：211002011=+=+=BAcRRR5）算出(RARC)=57.74o与测量值一致（55o）.5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-96）对各衍射点指标化如下。7）a=2dB=2.83,8）Find uvw=11021 gg5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定112C112A110002110112112002000B制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?例3，下图为某物质（CaO）的两个方向的电子衍射花样，试指标化并求其晶胞参数和晶带方向。L=800mm,V=100KV,R 列在下表。解：K=L=800*1.225/100,0001/2=2.961mmnm。R(mm)d=K/R(nm)Q=1/d2Qi/Q1*3Take integerHklA10.690.27713.0313111A12.330.24017.361.334200B17.430.17034.682.668220B20.410.14547.563.6511311C20.410.14547.563.65113115.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-95.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9Sin2=Sin2=2 2/4d/4d2 2Sin2Sin2i i/sin2/sin21 1=1/d=1/di2i2/1/d/1/d1212,Q,Qi i=1/d=1/di2i2假定 A 为 111,BA=90假定 A 为 111,BA=90,假定B为 220,由下式求得,假定B为 220,由下式求得cos=(hcos=(h1 1h h2 2+k+k1 1k k2 2+l+l1 1l l2 2)/(h)/(h1212+k+k1212+l+l1212)(h)(h2222+k+k2222+l+l2222)1/21/2=25.26=25.26,显然 B 不是 220,试验结果：202,20-2,等，发现为 02-2.类似，A,显然 B 不是 220,试验结果：202,20-2,等，发现为 02-2.类似，A=002,B=002,B=1-31.晶带轴-211 左310 右。=1-31.晶带轴-211 左310 右。a=2 A A=0.48nm。5.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?例4，TiC两个方向的电子衍射花样 如下,RA=22mm,RB=19.05mm,RC=31.11mm,K=2.910mm nm.试指标化并求其晶胞参数和晶带方向。AB=55AB=55Cubic faced,a=0.1325*2=0.265nm.zone is 110。Cubic faced,a=0.1325*2=0.265nm.zone is 110。RdQQi/Q13hklhkl realA22.000.132557.01.3294200002B19.050.152742.9131111-11C31.110.0935114.32.66482202-205.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-95.单晶电子衍射花样标定5.单晶电子衍射花样标定制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-96.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样?双晶带引起的斑点花样双晶带引起的斑点花样?高阶劳厄斑点高阶劳厄斑点?超点阵斑点超点阵斑点?二次衍射斑点二次衍射斑点?孪晶斑点孪晶斑点?菊池衍射花样菊池衍射花样简单花样简单花样：单质或均匀固溶体的散射，由近似平行于：单质或均匀固溶体的散射，由近似平行于B的晶带轴所产生B的晶带轴所产生复杂花样复杂花样：在简单花样中出现许多：在简单花样中出现许多“额外斑点额外斑点”，分析，分析目的在于辩认额外信息，排除干扰。目的在于辩认额外信息，排除干扰。制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9原因：原因：Ewald球是一个有一定曲率的球面，可能使两个晶带轴指数相差不大的晶带的0层倒易面同时与球面相截，产生分属于两个晶带的两套衍射斑点。产生些情况必须具备的条件为：r r1 1,r,r2 2夹角很小；g g1 1.r.r2 20,g0,g2 2.r.r1 100?双晶带引起的斑点花样双晶带引起的斑点花样6.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样图 铁素体电子衍射花样图 铁素体电子衍射花样现象：现象：一边一套衍射斑（右图）标定方法标定方法：同简单花样。验证标定结果采用上述必备条件。制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?高阶劳厄斑点高阶劳厄斑点?点阵常数较大的晶体，其倒易点阵的倒易面间距较小，如果晶体很薄，则倒易杆很长，因此与厄瓦尔德球面相交的不只是零层倒易面，其上层或下层的倒易平面上倒易杆均有可能和厄瓦尔德球面相交，从而形成高阶劳厄区，如图。?高阶劳厄斑点并不构成一个晶带，它们符合广义晶带定律。由于高阶斑点和零层斑点分布规律相同，因此只要求出它们之间的水平位移矢量，便可对高阶劳厄区斑点进行标定。?高阶劳厄斑点可以给出晶体更多的信息，如可消除180度不唯一性和测定晶体厚度。6.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-96.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?超点阵斑点超点阵斑点?当晶体内部的原子或离子产生有规律的位移或不同种原子产生有序排列时，将引起其电子衍射结果的变化，即可以使本来消光的斑点出现，这种额外的斑点称为超点阵斑点超点阵斑点。?AuCu3合金是面心立方固溶体，在无序相情况下，Au原子和Cu原子是随机地分布在晶胞中的四个原子位置，因此它符合面心立方的一般消光规律；在一定条件下，它会形成有序固溶体，其中Cu原子位于面心，Au原子位于顶点，如图。6.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?在AuCu在AuCu3 3有序相中，有序相中，?当hkl全奇全偶时，结构因子Ff当hkl全奇全偶时，结构因子FfAuAu3f3fCuCu；?当hkl奇偶混杂时，Ff当hkl奇偶混杂时，FfAuAuffCuCu，即并不产生消光，但这些超点阵斑点强度低。如图。，即并不产生消光，但这些超点阵斑点强度低。如图。6.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?二次衍射斑点二次衍射斑点6.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样?原理：原理：电子通过晶体时，产生的较强，它们常常可以作为新的入射线，在晶体中再次产生衍射。?现象：现象：重合：强度反常；不重合：多出斑点或出现“禁止斑点”。?场合：场合：多发生在两相合金衍射花样内，如基体与析出相；同结构不同方位的晶体之间，如孪晶，晶界附近；同一晶体内部?判断：判断：二次衍射起因于花样的对称性，所以可以通过将试样绕强衍射斑点倾斜10左右以产生双束条件，即透射束和一去强衍射束。若起因于二次衍射，在双束条件政斑点就会消失；若部分强度起因于这种作用，强度就会减弱。也可用二次衍射斑形成中心暗场象来区分，如晶界会亮。制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-96.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?孪晶斑点孪晶斑点6.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样原理：原理：在凝固、相变和再结晶变形过程中，晶体内的一部分相对于基体按一定的对称关系成长，即形成孪晶。如以孪晶面为镜面反映，或以孪晶面的法线为轴，旋转60、90、120、180，多数为180，可以与另一晶体相重。晶体中的这种孪晶关系自然也反映在相应的倒易点阵中，从而由相应的衍射花样中反映出来。现象：现象：出现的额外孪晶斑与基体斑有一定的距离，如立方晶系中为13判断：判断：倾斜试样或用暗场制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9?菊池衍射花样菊池衍射花样6.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9原理：原理：无序、有序转变时出现反常衍射。如面心立方简单立方。有序合金的衍射花样中出现的超点阵（超结构）衍射斑是有序的确凿证据。超点阵反向强度取决于所含异类原子散射振幅之差，一般较弱。长周期：长周期：有序畴在某方向的规则排列。其衍射花样的特征是，除基体衍射斑点外，还出现一系列间隔较密,采用暗场技术?有序化与长周期结构有序化与长周期结构6.复杂电子衍射花样6.复杂电子衍射花样制作：艾云龙制作：艾云龙2010-3-92010-3-9原理：原理：在某些稳定的第二相生成之前，固溶体中常常产生不均匀的现象，溶质原子在某些特定的晶面上偏聚。这样在每个溶质原子富集区两侧就有可能出现溶质原子的贫乏区，形成相继交替的周期性层状结构。特征：特征：只在hkl斑点两侧出现