透射电子显微镜成像原理课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,透射电子显微镜的成像原理,透射电镜像,1,、复型像：,反映试样表面状态的像，衬度取决于复型试样的原子序数和厚度；,2,、衍衬像：,反映试样内部的结构和完整性，起源于衍射光束；,3,、相衬像：,由透射束和一束以上的衍射束相互干涉产生的像。,2,、衍射衬度像,明场像 暗场像,晶体的衍衬像：,由于晶体的取向不同，导致各个晶粒对电子的衍射能力不同所产生的衬度变化。,晶体中的取向：多晶、析出物、缺欠,多晶,析出物,共格,半共格,非共格,位错,二、衍衬像：,明场像与暗场像,明场像的成像,明场像：,采用物镜光栏挡住所有的衍射线，只让透射光束通过的成像。,透过取向位置满足布拉格关系的晶粒的电子束强度,弱,透过取向位置不满足布拉格关系的晶粒的电子束强度,强,暗场像的成像,暗场像：,采用物镜光栏挡住透射光束，只让一束衍射光通过的成像。,透过取向位置满足布拉格关系的晶粒的电子束强度,强,透过取向位置不满足布拉格关系的晶粒的电子束强度,弱,暗场像的成像,使光阑孔套住,hkl,斑点，把透射束和其它衍射束挡掉，在这种暗场成像的方式下，衍射束倾斜于光轴，故又称,离轴暗场,。,离轴暗场像的质量差，物镜的球差限制了像的分辨能力。,000,hkl,暗场像的成像,000,hkl,通过倾斜照明系统使入射电子束倾斜,2,B,，让,B,晶粒的,(),晶面处于布拉格条件，产生强衍射，而物镜光阑仍在光轴位置上，此时只有,B,晶粒的 衍射束正好沿着光轴通过光阑孔，而透射束和其它衍射束被挡掉,这种方式称为中心暗场成像方式。,衍射衬度理论,000,厚度均匀的单相多晶金属薄膜样品：,内有若干个晶粒，它们没有厚度差，同时又足够的薄，以致可不考虑吸收效应，两者的平均原子序数相同，唯一差别在于它们的晶体位向不同。,晶体的衍衬像：,由于晶体的取向不同，导致各个晶粒对电子的衍射能力不同所产生的衬度变化。,如何解释衬度的变化？,衍射衬度理论,衍射衬度理论简称为衍衬理论,衍衬理论,运动学理论：不考虑入射波与衍射波的相互作用,动力学理论：考虑入射波与衍射波的相互作用,三、完整晶体中衍衬像运动学理论,对于晶体，衍衬像来源于相干散射，即来源于衍射波,1,、有一个晶面严格满足布拉格条件：双束条件,2,、入射波与任何晶面都不满足布拉格条件，假设：,a:,透射波的强度几乎等于入射波的强度；,b:,衍射束不再被晶面反射到入射线方向。,运动学近似,双束动力学近似,运动学近似,成立的条件,：,样品足够薄，入射电子受到多次散射的机会减少到可以忽略的程度；,衍射处于足够偏离布拉格条件的位向，衍射束强度远小于透射束强度,柱体近似模型,电子束由试样上表面,A,入射，在样品下表面,P,点出射，透射束与衍射束相应的距离为：,三、完整晶体中衍衬像运动学理论,对于晶体，衍衬像来源于相干散射，即来源于衍射波,1,、有一个晶面严格满足布拉格条件：双束条件,2,、入射波与任何晶面都不满足布拉格条件，假设：,a:,透射波的强度几乎等于入射波的强度；,b:,衍射束不再被晶面反射到入射线方向。,运动学近似,双束动力学近似,完整晶体衍射强度,完整晶体运动学柱体近似,将薄晶体分成许多小的晶柱，晶柱平行于,Z,方向。每个晶柱内都含有一列元胞。,假设每个晶柱内电子衍射波不进入其他晶柱，这样只要把每个晶柱中的各个单胞的衍射波的和波求出，则和波振幅的平方即为晶柱下面,P,点衍射波强度。,各个晶柱下表面衍射波强度的差异则构成衍衬度像源,其中 ，是单胞的基矢,对于所考虑的晶柱来说，,因此P,0,处的合成波振幅为,写成积分形式,因为 很小，所以可写为,衍射波振幅的微分形式是,衍射波强度公式：,式中 单胞体积,衍射角之半,结构振幅,电子波长,消光距离,等厚条纹,等厚条纹,（,s=,常数，,t,变化）,衍射波强度：,等厚条纹,（,s=,常数，,t,变化）,试样斜面和锥形孔产生等厚条纹示意图,等厚条纹,（,s=,常数，,t,变化）,等厚条纹,（,s=,常数，,t,变化）,等倾干涉,（,t=,常数，,s,变化）,四、不完整晶体中衍衬像运动学理论,1,、不完整晶体衍射强度公式,所谓不完成晶体是指在完整晶体中引入诸如位错、层错、空位集聚引起的点阵崩塌、第二相和晶粒边界等缺陷。,在完整晶体中引入缺陷的普遍效应，是使原来规则排列的周期点阵受到破坏，点阵发生了短程或长程畸变。,四、不完整晶体中衍衬像运动学理论,处理畸变晶体方法：,1,、把畸变晶体看成是局部倒易点阵矢量、或局部晶面间距发生变化：,2,、把畸变晶体看成是完整晶体的晶胞位置矢量发生变化，位置矢量由理想晶体,缺陷晶体衍射波合波的振幅为,缺陷晶体衍射波合成振幅为,完整晶体的衍射强度公式,是研究缺陷衬度的一个非常重要的参数,位错衍衬像,Dislocations in Ni-base superalloy,The micrograph shows the dislocation structure following creep,with dislocations looping around the particles,Fine secondary-particles are formed in the specimen,Fig.10.The area containing thin ZrC particles and tiny Zr-rich particles in the annealed specimen after creep test at 600C(100MPa,9160h,total deformation 0.71%).Zone axis diffraction pattern of both matrix and thin plate-like ZrC particles in the insert.Two matrix reflection vectors(D03 structure)are marked by arrows.,Fig.1.(a)Selected area 140nm diameter of image containing single S phase particle;(b)SAED pattern from the selected area;(c)fast Fourier transform of the image intensity in(d),the HRTEM image of the embedded particle in(a);(e)microdiffraction pattern of the precipitate and surrounding matrix.,Fig.2.TEM micrographs and corresponding diffraction patterns of the AA2324 alloy in the WQ-270 condition:(a)bright field;(b)001,Al,SAD pattern of the S phase precipitate in dark contrast in(a)with surrounding matrix(the streaks emanating from the brighter Al spots are an artefact due to camera saturation);(c)simulated SAD pattern corresponding to,(OR1),.The rectangle corresponds to the range of(b).,位错运动的动态电子显微镜观察,左：具有最大衬度的刃位错像,gb,右：位错衬度趋于零,gb,多相合金的衍射和衬度效应,1,、第二相的衍射效应,（相界面）,共格 半共格 非共格,平行于电子束的片状沉淀产生的倒易杆,在,s=0,时可以看到条纹,s0,时可以看到伪卫星斑点,图,3.66 Moir,条纹形成原理图,(a)平行Moir 条纹,(b)旋转Moir 条纹,(c)通常Moir 条纹,Bye Bye,