材料表面形貌分析方法及其应用.ppt

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1、任课教师：魏大庆、饶建存哈工大分析测试中心科学园B1栋210室电话：86417617《材料电子显微分析技术及应用》a),b),c)分别为二氧化钛纳米管的正面，背面和侧面的扫描电镜图片；第1章表面形貌分析方法及其应用电子显微镜扫描下的花粉粒结构图第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用蚯蚓,生物学,扫描电子显微镜,一只动物,无脊椎第1章表面形貌分析方法及其应用细胞在纳米管表面的粘附状态观察第1章表面形貌分析方法及其应用扫描电子显微镜开始发展于20世纪60年代，随其性能不断提高和功能

2、逐渐完善，目前在一台扫描电镜上可同时实现组织形貌、微区成分和晶体结构的同位分析，现已成为材料科学等研究领域不可缺少的分析工具与光学显微镜相比，扫描电子显微镜不仅图像分辨率高，而且景深大，因此在断口分析方面显示出十分明显的优势第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用1.1概述扫描电子显微镜的成像原理与透射电镜完全不同，不是利用电磁透镜聚焦成像，而是利用细聚焦电子束在样品表面扫描，用探测器接收被激发的各种物理信号调制成像目前，扫描电子显微镜二次电子像的分辨率已优于3nm，高性能的场发射枪扫

3、描电子显微镜的分辨率已达到1nm左右，相应的放大倍数可高达60万倍第1章表面形貌分析方法及其应用1.1概述第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用1.2电子束与样品作用产生的主要信号1.2.1散射的概念样品对入射电子束的作用主要是散射，其中包括：弹性散射和非弹性散射：又称弹性碰撞和非弹性碰撞。只有动能的交换，粒子的类型及其内部运动状态并无改变，则这种碰撞称为弹性散射。除有动能交换外，粒子内部状态在碰撞过程中有所改变或转化为其他粒子，则称为非弹性散射。如电子－原子碰撞中所引起的原子电离和

4、激发背散射电子吸收电子透射电子二次电子特征X射线俄歇电子第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用1.2电子束与样品作用产生的主要信号1.2.2信号的种类在这种弹性和非弹性散射的过程中，有些入射电子累积散射角超过90度，并将重新从样品表面逸出。第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用1.2电子束与样品作用产生的主要信号当电子束照射样品时，入射电子在样品内遭到衍射时，会改变方向，甚至损失一部分能量（在非弹性散射的情况下）。1.2.3背散射电子比较类别定义能量变化能量大小

5、方向数量弹性背散射电子被样品中原子核反弹回来的入射电子基本上不变数千到数万电子伏散射角大于90°，方向变化较多非弹性背散射电子入射电子和核外电子撞击经多次散射后反弹出样品表面变化数十到数千电子伏方向变化较少第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用1.2电子束与样品作用产生的主要信号1.2.3背散射电子第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用1.2电子束与样品作用产生的主要信号产生深度：背散射电子产生于样品表层几百纳米直一微米的深度范围能量范围：较宽，从几十到几万电子

6、伏特产额数量：随样品平均原子序数增大而增大，所以背散射电子像的衬度可反映对应样品位置的平均原子序数。技术应用：背散射电子像主要用于定性分析材料的成分分布和显示相的形状和分布1.2.3背散射电子第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用1.2电子束与样品作用产生的主要信号定义：在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品原子的核外电子叫做二次电子产生过程：这是一种真空中的自由电子。由于原子核和外层价电子的结合力能很小，因此外层的电子比较容易和原子脱离，使原子电离。一个能量很高的入射电子

7、射入样品时，可以产生许多的自由电子，这些自由电子中90%时来自样品原子外层的价电子1.2.4二次电子第1章表面形貌分析方法及其应用第1章表面形貌分析方法及其应用1.2电子束与样品作用产生的主要信号能量：能量较低，一般不超过50eV，大多数均小于10eV应用：二次电子一般都是在表层5~10nm深度范围内发射出来的，它对样品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有效的显示样品的表面形貌。但二次电子的产额和原子序数之间没有明显的依赖关系，所以不能用它来进行成分分析1.2.4二次电子第1章表面形貌分析方法及其应用第1章

8、表面形貌分析方法及其应用1.2电子束与样品作用产生的主要信号背散射射电子产额和二次电子产额与原子序数Z的关系0204060801000.20.40.6原子序数Z产额背散射电子二次电子定义：入射电子进入样品后，经多次非弹性散射使其能量消耗殆尽，最后被样品吸收，称吸收电子。产生范围：产生于样品表层约1微米的深度范围产额：随样品平均原子序数增大而减小。因为，在入射电子束强度一定的情况下，对应背散射电子产额大的区域吸收电子就少，所以吸