上海交通大学：《材料组织结构表征》课程教学资源（课件讲义）组织结构表征前言和第一章（书16章）

《材料组织结构表征》 Microstructural Characterization of Materials 李伟 weilee@sjtu.edu.cn 2018年4月

《材料组织结构表征》 Microstructural Characterization of Materials 李伟 weilee@sjtu.edu.cn 2018 年 4 月

周次 日期 课程内容 备注 9 4月24日 透射电子显微镜的发展、原理和构造 9 4月27日 透射电子显微镜的成像方式和变倍原理 10 5月1日 休假 10 5月4日 透射电子显微镜的样品制备 教学内容安排 11 5月8日 电子衍射几何分析及选区电子衍射 11 5月11日 多晶电子衍射花样的标定 12 5月15日 单晶电子衍射花样和复杂电子衍射花样 12 5月18日 衍射衬度成像原理 13 5月22日 透射电子显微镜操作与实践 实验课 13 5月25日 分析电子显微镜特点与基本原理 14 5月29日 微衍射花样与会聚束电子衍射 14 6月1日 电子能量损失谱与应用 15 6月5日 扫描电子显微镜的构造与原理 15 6月8日 电子背散射衍射分析 16 6月12日 扫描电镜的应用 16 6月15日 电子探针X射线显微分析 Office hour:每周五14：00-16：00，材料学院徐祖耀楼503B 考核：课堂练习+课外作业+考试

考核: 课堂练习+课外作业+考试 Office hour: 每周五14:00-16:00，材料学院徐祖耀楼503B 教 学 内 容 安 排

材料组织结构表征 作者寄语 绪论 第一章透射电子显微镜的原理和构造 第二章透射电子显微镜的样品制备 第三章电子衍射和衍衬成像 第四章分析电子显微镜 第五章扫描电子显微镜 第六章电子探针X射线显微分析仪

材料组织结构表征 作者寄语 绪论 第一章 透射电子显微镜的原理和构造 第二章 透射电子显微镜的样品制备 第三章 电子衍射和衍衬成像 第四章 分析电子显微镜 第五章 扫描电子显微镜 第六章 电子探针 X射线显微分析仪

作者寄语 从1828年道尔顿的原子学说，到今天用电子显微镜直接观察原子， 我们的前辈以他们的聪明智慧为我们奠定了材料科学研究的理论基础 和实验技术，同时以他们的慷慨大度留下了诸多未解决和未回答的问 题，以此为青年一代搭起了大展宏图的舞台。 分析电子显微镜是揭示材料介观和微观世界的有力工具。，《材料 组织结构的表征》将引导你学会应用电子显微镜进行材料科学研究， 希望你通过该教材的学习而对电子显微学产生浓厚的兴趣，从而能献 身于电子显微学的研究。 路一步一步坚实地走，成功和辉煌就会在你的脚下，因为 Impossible Is Nothing 咏竿 2012年4月于上海交通大学

作者寄语 从1828年道尔顿的原子学说，到今天用电子显微镜直接观察原子， 我们的前辈以他们的聪明智慧为我们奠定了材料科学研究的理论基础 和实验技术，同时以他们的慷慨大度留下了诸多未解决和未回答的问 题，以此为青年一代搭起了大展宏图的舞台。 分析电子显微镜是揭示材料介观和微观世界的有力工具。《材料 组织结构的表征》将引导你学会应用电子显微镜进行材料科学研究， 希望你通过该教材的学习而对电子显微学产生浓厚的兴趣，从而能献 身于电子显微学的研究。 路一步一步坚实地走，成功和辉煌就会在你的脚下,因为 Impossible Is Nothing ！ 2012年4月于上海交通大学

绪论 分析电子显微镜(AEM:analytical electron microscope)就是具有成分分析功能的透射电子显微镜 (TEM:transmission electron microscope).TEM 一种以高能电子束为照明源，通过电磁透镜将穿透样品 的电子（即透射电子）聚焦成像的电子光学仪器。 材料研究的基本任务就是根据材料实际使用所需的性 能来设计成分和工艺，以期获得理想的微观组织，从而 达到预期性能的目标。无疑，材料微观组织的表征，包 括材料的微区成分、点阵结构和组织形貌的三位一体的 原位分析是极为重要。至今，只有分析电子显微镜具有 三位一体原位分析的功能，因此掌握分析电子显微学的 基本理论和实验技术对于将要从事材料研究的本科生是 非常必要的

绪 论 分析电子显微镜（ AEM ： analytical electron microscope)就是具有成分分析功能的透射电子显微镜 （TEM：transmission electron microscope) 。TEM 是 一种以高能电子束为照明源，通过电磁透镜将穿透样品 的电子（即透射电子）聚焦成像的电子光学仪器。 材料研究的基本任务就是根据材料实际使用所需的性 能来设计成分和工艺，以期获得理想的微观组织，从而 达到预期性能的目标。无疑，材料微观组织的表征，包 括材料的微区成分、点阵结构和组织形貌的三位一体的 原位分析是极为重要。至今，只有分析电子显微镜具有 三位一体原位分析的功能，因此掌握分析电子显微学的 基本理论和实验技术对于将要从事材料研究的本科生是 非常必要的

绪论 我们将从以下三个方面（仪器、技术和样品制备）粗略了解 分析电子显微学的发展过程，由此领略先驱者所作出的艰难努 力和巨大贡献，激励青年人承前启后，继往开来

绪 论 我们将从以下三个方面（仪器、技术和样品制备）粗略了解 分析电子显微学的发展过程，由此领略先驱者所作出的艰难努 力和巨大贡献，激励青年人承前启后，继往开来

绪论 仪器的发展 1924年，德布罗意（de Brog1ie)提出电子具有波动性； 1926年，布什(Busch)发现旋转对称非均匀磁场可作为电磁透镜； 1931年，Rudenberg提出电子显微镜的概念并提出专利申请； 1933年，卢斯卡(Ruska)和克诺尔(Knol1)制造出第一台电子显 微镜； 1936年，Boersch证明了电子束经过电磁透镜聚焦后在后（背）焦 面上形成衍射花样； 1939年，西门子公司生产出第一批商品透射电子显微镜：

绪 论 仪器的发展 1924年，德布罗意（ de Broglie）提出电子具有波动性； 1926年，布什（Busch）发现旋转对称非均匀磁场可作为电磁透镜； 1931年，Rudenberg 提出电子显微镜的概念并提出专利申请； 1933年，卢斯卡（Ruska）和克诺尔（Knoll）制造出第一台电子显 微镜； 1936年，Boersch证明了电子束经过电磁透镜聚焦后在后（背）焦 面上形成衍射花样； 1939年，西门子公司生产出第一批商品透射电子显微镜；

绪论 为什么Ruska在50多年后的1986年才得到诺贝尔物 理奖？为什么Rudenberg没有得奖？ 瑞典委员会把1986年诺贝尔物理奖的一半颁发给 E.Ruskal时的赞词是：“为了他在电子光学基础 研究方面的贡献和设计出第一台电子显微镜”。 在这个赞词中回避了“发明”电子显微镜的字眼

绪 论 为什么Ruska在50多年后的1986年才得到诺贝尔物 理奖？为什么Rudenberg没有得奖？ 瑞典委员会把1986年诺贝尔物理奖的一半颁发给 E. Ruska时的赞词是：“为了他在电子光学基础 研究方面的贡献和设计出第一台电子显微镜”。 在这个赞词中回避了“发明”电子显微镜的字眼

绪论 因为M.Rudenberg在1931年6月28日向德、 法、美等国的专利局提出用磁透镜或静电 透镜制造电子显微镜的专利申请，在专利 中第一次出现电子显微镜这个名词，并分 别于1932年12月和1936年10月获得法、美 专利局的批准

绪 论 因为M.Rudenberg 在1931年6月28日向德、 法、美等国的专利局提出用磁透镜或静电 透镜制造电子显微镜的专利申请，在专利 中第一次出现电子显微镜这个名词，并分 别于1932年12月和1936年10月获得法、美 专利局的批准

绪论 但是对于Rudenberg的电镜专利申请，Ruska和Knoll是 有看法的。因为在1931年5月，Rudenberg的助手 M.Steenbeck曾去Knolls实验室参观，了解到Ruska的实 验结果，并且看到了Knoll将在6月4日做的有关Ruska工 作的学术报告手：“阴极射线示波器的设计及新结构的原 理”。问题是，Rudenberg.不承认他的专利申请是受到 Ruska研究的启发。最可恨的是，他参加了Knoll在1931 年的报告会，坐在第一排，但讨论中他一言不发，也不透 露出他已于一周前递交了电镜的专利申请，可见此人城府 很深，居心不良。直到1960年，Steenbeck在给Knoll的 回信中承认了他在参观后向Rudenberg做了汇报，并说 “Rudenberg申请肯定是我访问你的结果，也肯定是从 我的见闻中得到的启迪

绪 论 但是对于Rudenberg的电镜专利申请， Ruska 和Knoll 是 有看法的。因为在1931 年 5月，Rudenberg的助手 M.Steenbeck曾去Knoll实验室参观，了解到Ruska的实 验结果，并且看到了Knoll将在 6 月 4日做的有关Ruska 工 作的学术报告手：“阴极射线示波器的设计及新结构的原 理”。问题是，Rudenberg不承认他的专利申请是受到 Ruska研究的启发。最可恨的是，他参加了Knoll 在1931 年的报告会，坐在第一排，但讨论中他一言不发，也不透 露出他已于一周前递交了电镜的专利申请，可见此人城府 很深，居心不良。直到1960年， Steenbeck在给Knoll 的 回信中承认了他在参观后向Rudenberg做了汇报，并说 “Rudenberg申请肯定是我访问你的结果，也肯定是从 我的见闻中得到的启迪