武汉工程大学：《无机非金属材料测试方法 Inorganic Nonmetal Material Testing Techniques》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 电子显微分析 Electron Micro-Analysis

第二章 电子显微分析 Electron Micro-Analysis

第二章 电子显微分析 Electron Micro-Analysis

研究对象 ≤微结构与显微成分 s微结构与性能的关系 s微结构形成的条件与过程机理 φ材料的性能由微结构所决定,人们可通过控 制材料的微结构,使其形成预定的结构,从 而具有所希望的性能

❖ 研究对象 微结构与显微成分 微结构与性能的关系 微结构形成的条件与过程机理 ❖ 材料的性能由微结构所决定，人们可通过控 制材料的微结构，使其形成预定的结构， 从 而具有所希望的性能

电子显微分析是利用聚焦电子束与试样物质相互作 用产生各种物理信号,分析试样物质的微区形貌、 晶体结构和化学组成。 方法: 令1、透射电镜(TEM) 令2、扫描电镜(SEM) 令3、电子探针(EMPA)

❖ ❖ 电子显微分析是利用聚焦电子束与试样物质相互作 用产生各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、 晶体结构和化学组成。 ❖ 方法： ❖ 1、透射电镜（TEM） ❖ 2、扫描电镜（SEM） ❖ 3、电子探针（EMPA）

北学显微镜 优点:简单,直观。 局限性:分辨本领低(0.2微米);只能观察表面形 貌;不能做微区成分分析。 化学分析 优点:简单,方便。 局限性:只能给出试样的平均成分,不能给出所含 元素随位置的分布;不能观察象 X射线衍射: 优点:精度高;分析样品的最小区域mm数量级; 局限性:平均效应;无法把形貌观察与晶体结构分析 结合起来

光学显微镜 优点： 简单，直观。 局限性：分辨本领低（0.2微米）；只能观察表面形 貌；不能做微区成分分析。 化学分析 优点： 简单， 方便。 局限性：只能给出试样的平均成分，不能给出所含 元素随位置的分布；不能观察象 。 X射线衍射: 优点：精度高；分析样品的最小区域mm数量级； 局限性：平均效应；无法把形貌观察与晶体结构分析 结合起来

小电子显微分析特点: 1、不破坏样品,直接用陶瓷等多晶材料。 令2、是一种微区分析方法,了解成分结构 的微区变化。 令3、灵敏度高,成像分辨率高,为0.2 03nm,能进行nm尺度的晶体结构及化学组 成分析。 4、督种电子显微分析仪器日益向多功能 综合性发展,可以进行形貌、物相、晶体结 构和化学组成等的综合分析

❖电子显微分析特点： ❖ 1、不破坏样品，直接用陶瓷等多晶材料。 ❖ 2、是一种微区分析方法，了解成分-结构 的微区变化。 ❖ 3、灵敏度高，成像分辨率高，为0.2- 0.3nm，能进行nm尺度的晶体结构及化学组 成分析。 ❖ 4、各种电子显微分析仪器日益向多功能、 综合性发展，可以进行形貌、物相、晶体结 构和化学组成等的综合分析

第一节电子光学基础 光学显微镜的分辨率 雷列一阿贝公式: 0, 61Nnsina 式中 分辨本领(nm) A——照明源的浪长(nm) n——透镜上下方介质的折射率 α——透镜孔径半角(度) sina——数值孔径,用NA表示 由上式可知,减小r值的途径有: 1、增加介质的折射率; 冷2、增大物镜孔径半角; 今3、采用短浪长的照明源

❖ 第一节 电子光学基础 ❖ 一、光学显微镜的分辨率 ❖ 雷列—阿贝公式： ❖ r=0.61λ/nsinα ❖ 式中：r——分辨本领（nm） ❖ λ——照明源的波长（nm） ❖ n——透镜上下方介质的折射率 ❖ α——透镜孔径半角（度） ❖ nsinα——数值孔径，用N·A表示 ❖ ❖由上式可知，减小r值的途径有： ❖ 1、增加介质的折射率； ❖ 2、增大物镜孔径半角； ❖ 3、采用短波长的照明源

二、电子波的波长 德布罗意的浪粒二象性关系式: E=h P=h/ 可得λ=h/P=h/mv 带入数值可得电子波长为λ=1225/V%(A)

❖ 二、电子波的波长 ❖ 德布罗意的波粒二象性关系式 ： ❖ E=hµ, ❖ P=h/λ ❖ 可得 λ=h/P=h/mv ❖ 带入数值可得 电子波长为λ=12.25/V½ （Ǻ）

电子透镜 在电子显微分析中使电子束发生偏转、聚焦的装置。 按工作原理分: (1)静电透 焦成 形状的等电位曲面地可使电圣索擊 这种旋转对称等电位曲面簇的电 静电透镜。 透镜:旋转对称的电磁场使电子束聚焦。产生这 神旋转对称饭场的线圈装置叫电磁透镜。 (3)TEM、SEM:多个电磁透镜的组合。 电磁透镜是一种可变焦距或可变倍率的会聚透镜

❖ 三、电子透镜 ❖ 在电子显微分析中使电子束发生偏转、聚焦的装置。 ❖ 按工作原理分： （1）静电透镜：一定形状的等电位曲面簇也可使电子束聚 焦成像。产生这种旋转对称等电位曲面簇的电极装置即为 静电透镜。 （2）电磁透镜：旋转对称的电磁场使电子束聚焦。产生这 种旋转对称磁场的线圈装置叫电磁透镜。 （3）TEM、SEM：多个电磁透镜的组合。 电磁透镜是一种可变焦距或可变倍率的会聚透镜

四、影响透镜分辨率的因素: 1、球差 球差是由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束 的会聚能力不同而造成的 透镜球差图 Longitudinal and transverse spherical aberration Paraxial Peripheral Circle Focus Rays of Least Confusion Transverse Spherica Aberration Paraxial Rays Simple Longitudinal Lens Figure 1 Spherical Aberration

❖ 四、影响透镜分辨率的因素： ❖ 1、球差 ❖ 球差是由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束 的会聚能力不同而造成的。 透镜球差图 ❖

2、色差 普通光学中不同浪长的光线经过透镜时,因折射率 在不回点上聚焦,由些引起的像差称为色差。 色差是电子疲长差算产生的焦点 透镜色差图 Axial Chromatic Aberration Blur =0.30mm 650nm Single Lens 550nm 450nm Blur =0.01mm b Achromat Figure 3 Doublet

❖2、色差 ❖ 普通光学中不同波长的光线经过透镜时，因折射率 不同，将在不同点上聚焦，由此引起的像差称为色差。 电镜色差是电子波长差异产生的焦点漂移。 ❖透镜色差图