TEM在研究中的应用

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1、TEM在研究中的应用一.刖吕：透射电子显微学（Transmissionelectronmicroscopy,TEM）内容非常丰富,涉及光学、电磁学、固体物理、晶体学、电子学、真空技术、计算物理学、数据分析等多种学科和技术领域，是一门理论与实验高度结合的学科。本文将就TEM在自己研究中的应用做一个系统的介绍说明。课题名称:Al-Zr-Eralloy.二.透射电子显微术的优缺点在开始说TEM的诸多用途之前，先说说它的优点和缺点。只有了解了这些才能真止做到扬长避短，物尽其用。TEM的优点有以下几个：1.信息采集范围小。这是TEM最大的一个优点。TEM的实验区域可以极其微小，可以直接

2、在极微小区域内取得数据。现在最先进的TEM已经可以对小于0.1纳米的区域进行拍照和分析。在各种科学仪器中，只有扫描探针显微镜能达到这样的分析尺度。但是二者不能相互替代，扫描探针显微镜研究范围只局限于表而，TEM得到的信息来自样品的三维结构。但是这种微小的分析尺度有时候也会带来局限性，下面会谈到。9)b>1.工作模式多样。透射屯子显微镜（Transmissionelectronmicroscope,TEM）不仅仅具有通常显微镜的放大作用。它还可以作为一台电子衍射仪提供样品的结构信息。配合各种信号探测器，它又能对样品做化学成分或者磁、电性能的分析。并且这些功能之间的转换非常方便，

3、甚至可以同时进行CorxMnserompWgrnCondemerlegOojBcUvelensOb

4、

5、于大多数材料，要求在微米以下。这显然远远低于通常块体材料的厚度，所以需要认为地把样品减薄。这实际上是个对材料的破坏过程。这个过程有可能使样品发生变化，以致最终看到的并非材料原先的性质，而是制样过程引入的假象。2.电子束轰击。TEM中使用高能电子束照射样品，电子能量在105〜106eV量级，并且束流密度很高。换句话说就是在实验过程中大量高能量电子被持续地倾泻到样品上。大部分电子会毫无遮挡地穿过样品，其余的电子会和样品里的原子发生碰撞，并且可能在碰撞时向原子传递能量。样品吸收能量后可能出现多种变化，比如温度升高，原子电离，原子移动，等等。而这些变化又可能引发更多相关变化，比如相变

6、，缺陷移动，结构崩塌，原子迁移，等等。某些情况下，研究人员会有意识地利用轰击作用研究材料的变化情况，但是多数情况下这种作用是不利的。3.真空环境。TEM实验需要在真空环境里进行,至少目前还是这样。这种环境可能会对材料的性质或结构有影响，尤其是做表面研究的时候。有时候需要实验环境尽量跟真实环境接近，有时候又需要真空度尽量高。总之，TEM的内部环境跟理想条件有差距，必要时需要考虑这种差距的影响。1.低采样率。这是TEM的一个大缺点。由于TEM的观察范围很小，而且样品很薄，实验测试到的样品区域只占整体材料的极小一部分。这个微小的区域未必能真实反映材料的性质。因此,基于TEM实验数据

7、做结论的时候一定要慎重，必须仔细考虑所得实验结果是否具有普遍意义。一.透射电子显微镜的三种常见工作模式在研究中的应用TEM有三种基本的T作模式，作用各不相同。1.图像模式。在这种模式下，TEM是一台放大镜，可以对样品的形貌进行观察，比如晶粒尺寸,晶体缺陷，相分布，等等。Fig.l.Al-Zr-Er合金在TEM下的明场像。右图为其衍射图。Figi中人的是豆瓣状的Al-Zr-Er析出相，其中在铝基体中弥散分布着的是成分ALCZr.Er^）的析出相，文献中报道的是一种核壳结构。50nmFig.1.Al-Zr-Er合金在TEM下的暗场像。对应的带轴是o13带轴。1.衍射模式。在这种模

8、式下，TEM是一台电子衍射仪，我们看到的是电子被样品散射后形成的衍射强度分布。大家对于XRD可能比较熟悉，而电子衍射相对陌生一些。其实，电子衍射在原理上跟XRD非常类似，只是实现的方式不同。电子衍射的强度在空间是三维分布。在TEM中,我们通常观察到的是其中的一个截面，就是通常所说的电子衍射图，或者叫电子衍射谱。截面的特征跟观察的方向密切相关。衍射模式对于析出相的研究具有重要的意义，如下图所示51/nmFig.2.如图所示是Al-Zr-Er合金的衍射图。其中箭头所示的为A1基体中的析出相多余衍射斑点。1.