《材料测试技术及方法》课程教学资源（讲稿）07 第三章 电子衍射分析 电子衍射原理和低能电子衍射 第7次课 2学时

50nm (100) (110) (002) Low magnification TEM image of CNTs(carbon nanotubes)electrochemically synthesized from acetylene solution in liquid ammonia at 233 K.Inset displays an electron diffraction pattern taken from the entire area of the figure.Characteristic reflections of the graphitic structure are displayed. [A.T.Matveev, Synthesis of carbon nanotubes below room temperature[J], Carbon,2001,39:137-158]

1

La3Cu2VOg晶体的电子衍射图 p [001] [001] I100) [110]

2 La3Cu2VO9晶体的电子衍射图 p

第二章衍射分析之四、电子衍射 p第一节电子衍射原理 电子衍射基本公式*、多晶衍射原理与衍射花样特 征、多晶衍射花样的标定*、单晶电子衍射成像原 理与花样特征、单晶电子衍射花样的标定* p第二节低能电子衍射 单晶表面原子排列与二维点阵、低能电子衍射原理、 应用

3 第二章 衍射分析 之四、电子衍射 p 第一节 电子衍射原理 电子衍射基本公式*￾、多晶衍射原理与衍射花样特 征、多晶衍射花样的标定*、单晶电子衍射成像原 理与花样特征、单晶电子衍射花样的标定* p 第二节 低能电子衍射 单晶表面原子排列与二维点阵、低能电子衍射原理、 应用

参考书目 p王蓉著，电子衍射物理教程，北京-冶金工业出版 社2002 p郭可信等，电子衍射图在晶体学中的应用，北京 科学出版社1983.01 p章晓中编著，电子显微分析，北京-清华大学出版 社2006

4 参考书目 p 王蓉 著，电子衍射物理教程，北京-冶金工业出版 社 2002  p 郭可信等，电子衍射图在晶体学中的应用，北京- 科学出版社 1983.01  p 章晓中 编著，电子显微分析，北京-清华大学出版 社 2006

加速电压与电子波长 加速电压(kV) 电子波长(A) 相对论修正后 的电子波长() 1 0.3878 0.3876 10 0.1226 0.1220 50 0.0548 0.0536 100 0.0388 0.0370 1000 0.0123 0.0087

5 加速电压与电子波长 加速电压(kV)    电子波长(Å)          相对论修正后                                                           的电子波长(Å)          1                     0.3878                     0.3876        10                    0.1226                     0.1220        50                    0.0548                     0.0536       100                   0.0388                     0.0370      1000                  0.0123                     0.0087

纳米 多么好看的原子：大图为日本东京大学的超级电子显微镜 它的放大率达1500万倍。上图为通过这台庞大的显微镜获得的 碳化硅分子的结构图，图中每个原子都清晰可辨。 透射电镜的显著特点是分辨本领高。目前世界上最先进的透射 电镜的分辨本领已达到0.1nm,可用来直接观察原子像。 6

6 p 透射电镜的显著特点是分辨本领高。目前世界上最先进的透射 电镜的分辨本领已达到0.1nm,可用来直接观察原子像。 6

N g+(-s) 倒易杆 反射球作图法 K-=K=1V1

7 N G d q 反射球作图法

电子财射线行财不习之处 p首先，电子波的波长比X射线短得多，在同样满足布 拉格条件时，它的衍射角0很小，约为102rad。而X 射线产生衍射时，其衍射角最大可接近90°。 P其次，在进行电子衍射操作时采用薄晶样品，薄样 品的倒易阵点会沿着样品厚度方向延伸成杆状，因 此，增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机会， 结果使略为偏离布格条件的电子束也能发生衍射

8 电子衍射和X射线衍射不同之处 p 首先，电子波的波长比X射线短得多，在同样满足布 拉格条件时，它的衍射角θ很小，约为10-2rad。而X 射线产生衍射时，其衍射角最大可接近90º 。 p 其次，在进行电子衍射操作时采用薄晶样品，薄样 品的倒易阵点会沿着样品厚度方向延伸成杆状，因 此，增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机会， 结果使略为偏离布格条件的电子束也能发生衍射

电子行射义射线衍则不之处 p 第三，因为电子波的波长短，采用爱瓦德球图解时，反射 球的半径很大，在衍射角0较小的范围内反射球的球面可 以近似地看成是一个平面，从而也可以认为电子衍射产生 的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内。这个结果使 晶体产生的衍射花样能比较直观地反映晶体内各晶面的位 向，给分析带来不少方便。 最后，原子对电子的散射能力远高于它对X射线的散射能 力（约高出四个数量级)，故电子衍射束的强度较大，摄 取衍射花样时曝光时间仅需数秒钟

9 电子衍射和X射线衍射不同之处 p 第三，因为电子波的波长短，采用爱瓦德球图解时，反射 球的半径很大，在衍射角θ较小的范围内反射球的球面可 以近似地看成是一个平面，从而也可以认为电子衍射产生 的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内。这个结果使 晶体产生的衍射花样能比较直观地反映晶体内各晶面的位 向，给分析带来不少方便。 p 最后，原子对电子的散射能力远高于它对X射线的散射能 力（约高出四个数量级），故电子衍射束的强度较大，摄 取衍射花样时曝光时间仅需数秒钟

与X射线衍射相比，电子衍射的特点： (1)由于电子波波长只有千分之几nm,按布拉格方程 2dsin口=口可知，电子衍射的2口角为几度，即入射 电子束和衍射电子束都近乎平行于衍射晶面。 (2)由于物质对电子的散射作用很强，因而电子 (束)穿进物质的能力大大减弱，故电子衍射 只适于材料表层或薄膜样品的结构分析。 (③)透射电子显微镜上配置选区电子衍射装置， 使得薄膜样品的结构分析与形貌观察有机结合 起来，这是X射线衍射无法比拟的优点。 o

10 （1）由于电子波波长只有千分之几nm，按布拉格方程 2dsin￾ =￾ 可知，电子衍射的2￾ 角为几度，即入射 电子束和衍射电子束都近乎平行于衍射晶面。 (2) 由于物质对电子的散射作用很强,因而电子 （束）穿进物质的能力大大减弱，故电子衍射 只适于材料表层或薄膜样品的结构分析。 (3) 透射电子显微镜上配置选区电子衍射装置， 使得薄膜样品的结构分析与形貌观察有机结合 起来，这是X射线衍射无法比拟的优点。 与X射线衍射相比，电子衍射的特点：