(材料科学)材料研究测试方法透射电镜的基本成像方式及原理

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1、2021/7/13HNU-ZLP1二、透射电镜的成像方式及原理第二节透射电子显微镜2021/7/13HNU-ZLP2光学显微镜及扫描电镜均只能观察物质表面的微观形貌，它无法获得物质内部的信息。而透射电镜由于入射电子透射试样后，将与试样内部原子发生相互作用，从而改变其能量及运动方向。不同结构有不同的相互作用。2021/7/13HNU-ZLP3电子束透过试样所得到的透射电子束的强度及方向均发生了变化，由于试样各部位的组织结构不同，因而透射到荧光屏上的各点强度是不均匀的，这种强度的不均匀分布现象就称为衬度，所获得的

2、电子象称为透射电子衬度象。2021/7/13HNU-ZLP4透射电镜的成象方式及原理衍射成象(由结构决定)电子衍射花样在物镜后焦面上形成显微成象(显微形貌、缺陷)电子显微图象在物镜象平面上形成2021/7/13HNU-ZLP5显微图象调节物镜线圈电流，使中间镜物平面与物镜象平面重合,则通过中间镜,投影镜观察的是试样电子显微图象(a)物镜像平面形成电子显微图象2021/7/13HNU-ZLP6电子衍射调节物镜线圈电流，使中间镜物平面与物镜后焦面重合，则通过中间镜，投影镜观察放大的衍射花样(b)物镜后焦面形成电子

3、衍射花样2021/7/13HNU-ZLP7成像系统高性能的透射电镜大都采用5级透镜放大，即中间镜和投影镜有两级，分第一中间镜和第二中间镜，第一投影镜和第二投影镜。2021/7/13HNU-ZLP8透射电镜分析电子显微图象振幅衬度质厚衬度(电子散射，形貌观察)衍射衬度(电子衍射,观察结构缺陷和形貌)相位衬度(透射束与散射束相互干涉,观察结构)电子衍射花样斑点花样(单晶样)环花样(多晶样)2021/7/13HNU-ZLP9相位衬度：透射束与散射束相互干涉引起振幅衬度：1.质厚衬度:是非晶试样中各部分厚度和密度差别

4、导致对入射电子的散射程度不同引起的.2.衍射衬度:晶体薄膜内各部分满足衍射条件的程度不同而引起的2021/7/1310（一）电子显微图象的衬度原理2021/7/13HNU-ZLP11概述衬度：是指试样不同部位由于对入射电子作用不同，经成像放大系统后，在显示装置上（图像）显示的强度差异。2021/7/13HNU-ZLP12振幅衬度：振幅衬度是由于入射电子通过试样时，与试样内原子发生相互作用而发生振幅的变化，引起反差。振幅衬度主要有散射衬度（质量厚度衬度）和衍射衬度两种相位衬度：如果透射束与衍射束可以重新组合，从

5、而保持它们的振幅和位相，则可直接得到产生衍射的那些晶面的晶格象，或者一个个原子的晶体结构象。仅适于很薄的晶体试样(≈100Å)。透射电镜图象衬度包括：2021/7/13HNU-ZLP13研究晶体内部缺陷及界面，就要把晶体制成电子束透明的薄膜试样进行直接观察，在所观察的微小区域内，试样的厚度相差不多，密度基本一致，对电子散射作用大致相同，所以不能以质厚衬度观察晶体缺陷的图象。晶体的衍射强度与其内部缺陷和界面结构有关，可用来研究晶体。2021/7/13HNU-ZLP14A、衍射衬度成像原理与复型技术相比，它的最大

6、优点在于不仅可以分析晶体样品的微观组分和沉淀物的形状、大小、分布等形貌方面的特征，而且直接提供了组分的晶体结构和各组分之间晶体学关系等信息。2021/7/13HNU-ZLP15A、衍射衬度成像原理在透射电子显微镜下观察晶体薄膜样品所获得的图像，其衬度特征与该晶体材料同入射电子束交互作用产生的电子衍射现象直接有关，此种衬度被称为衍射衬度，简称“衍衬”。2021/7/13HNU-ZLP16衍射衬度像----观察晶体缺陷最佳方式要求试样厚度＜100nm衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射条件程度差异以及结构振幅

7、不同而形成电子图象反差，是利用电子衍射效应来产生晶体样品像衬度的一种方法。它仅属于晶体结构物质，对于非晶体试样是不存在的。观察晶粒界面、晶格缺陷等。如晶界、层错、位错……2021/7/13HNU-ZLP17衍射衬度像基本类型：明场像暗场像偏心暗场像中心暗场像2021/7/13HNU-ZLP18明场像:采用物镜光栏将衍射束挡掉，只让透射束通过而得到图象衬度的方法称为明场成像，所得的图象称为明场像。(无衍射的为亮象，强衍射的为暗像)。2021/7/13HNU-ZLP19暗场像用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束，而只

8、让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法，称为暗场成像，所得图象为暗场像。实现暗场象的方法有两种：A.使光阑孔偏离透镜轴(偏心暗场像)B.使入射电子束倾斜(中心暗场像)2021/7/13HNU-ZLP20A.使光阑孔偏离透镜轴(偏心暗场像)偏心暗场像用物镜光栏挡去透射束及其余衍射束，让一束强衍射束成像，无衍射的为暗像，强衍射的为亮像。2021/7/13HNU-ZLP21B.使入射电子束倾斜(中心暗场像)