湖南大学：《材料测试技术（材料X射线衍射与电子显微分析）》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十章 电子衍射

第十章电子衍射 概述 电子行射原理 单晶电子衍射花样标定 复杂电子衍射花样 2021/2/22

2021/2/22 1 第十章 电子衍射 ▪概述 ▪电子衍射原理 ▪电子显微镜中的电子衍射 ▪单晶电子衍射花样标定 ▪复杂电子衍射花样

10-1概述 电镜中的电子衍射,其衍射几何与X射 线完全相同,都遵循布拉格方程所规定的 衍射条件和几何关系。衍射方向可以由厄 瓦尔德球(反射球)作图求出。因此,许多问 题可用与X射线衍射相类似的方法处理 2021/2/22 2

2021/2/22 HNU-ZLP 2 10-1 概述 电镜中的电子衍射，其衍射几何与X射 线完全相同，都遵循布拉格方程所规定的 衍射条件和几何关系。 衍射方向可以由厄 瓦尔德球(反射球)作图求出。因此，许多问 题可用与X射线衍射相类似的方法处理

电子行射与X射线衍射相比的优点 电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分 析结合起来 电子波长短,单晶的电子衍射花样婉如晶体的 倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影, 从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出 些晶体的结构和有关取向关系,使晶体结构的 研究比X射线简单。 物质对电子散射主要是核散射,因此散射强, 约为X射线一万倍,曝光时间短 2021/2/22 3

2021/2/22 HNU-ZLP 3 电子衍射与X射线衍射相比的优点 • 电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分 析结合起来。 • 电子波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体的 倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影， 从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出一 些晶体的结构和有关取向关系，使晶体结构的 研究比X射线简单。 • 物质对电子散射主要是核散射，因此散射强， 约为X射线一万倍，曝光时间短

不足之处 电子行射强度有时几乎与透射束相当, 以致两者产生交互作用,使电子衍射花样 特别是强度分析变得复杂,不能象X射线 那样从测量衍射强度来广泛的测定结构。 此外,散射强度高导致电子透射能力有限 要求试样薄,这就使试样制备工作较X射 线复杂;在精度方面也远比X射线低。 2021/2/22 4

2021/2/22 HNU-ZLP 4 不足之处 电子衍射强度有时几乎与透射束相当， 以致两者产生交互作用，使电子衍射花样， 特别是强度分析变得复杂，不能象X射线 那样从测量衍射强度来广泛的测定结构。 此外，散射强度高导致电子透射能力有限， 要求试样薄，这就使试样制备工作较X射 线复杂；在精度方面也远比X射线低

电子衍射花样特征 ■电子束照射 单晶体:一般为斑点花样; ■多晶体:同心圆环状花样; 织构样品:弧状花样; 无定形试样(准晶、非晶):弥散环。 2021/2/22

2021/2/22 HNU-ZLP 5 电子衍射花样特征 ◼ 电子束照射 ◼ 单晶体： 一般为斑点花样； ◼ 多晶体： 同心圆环状花样； ◼ 织构样品：弧状花样； ◼ 无定形试样（准晶、非晶）：弥散环

0由图246高岭石的单品电子衍射诺 受 6

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图247金的多晶衍射谱 2021/2/22 7

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衍射花样的分类 1)斑点花样:平行入射束与单晶作用产生斑 点状花样;主要用于确定第二象、孪晶、有序化、 调幅结构、取向关系、成象衍射条件; 2)菊池线花样:平行入射束经单晶非弹性散 射失去很少能量,随之又遭到弹性散射而产生线 状花样;主要用于衬度分析、结构分析、相变分 析以及晶体的精确取向、布拉格位置偏移矢量、 电子波长的测定等; 3)会聚束花样:会聚束与单晶作用产生盘、 线状花样;可以用来确定晶体试样的厚度、强度 分布、取向、点群、空间群以及晶体缺陷等 2021/2/22 8

2021/2/22 HNU-ZLP 8 衍射花样的分类 1）斑点花样：平行入射束与单晶作用产生斑 点状花样；主要用于确定第二象、孪晶、有序化、 调幅结构、取向关系、成象衍射条件； 2）菊池线花样：平行入射束经单晶非弹性散 射失去很少能量，随之又遭到弹性散射而产生线 状花样；主要用于衬度分析、结构分析、相变分 析以及晶体的精确取向、布拉格位置偏移矢量、 电子波长的测定等； 3）会聚束花样：会聚束与单晶作用产生盘、 线状花样；可以用来确定晶体试样的厚度、强度 分布、取向、点群、空间群以及晶体缺陷等

10-2电子行射原理 布拉格定律 倒易点阵与爱瓦尔德球图解法 晶带定理与零层倒易截面 ■结构因子一倒易点阵的权重 ■偏离矢量与倒易点阵扩展 ■电子衍射基本公式 2021/2/22

2021/2/22 HNU-ZLP 9 10－2 电子衍射原理 ◼ 布拉格定律 ◼ 倒易点阵与爱瓦尔德球图解法 ◼ 晶带定理与零层倒易截面 ◼ 结构因子—倒易点阵的权重 ◼ 偏离矢量与倒易点阵扩展 ◼ 电子衍射基本公式

布拉格定律 一般形式:2dsin0= 极限条件:λ<2d,即对于给定的晶体, 只有当入射波长足够短时,才能产生衍 射。对于透射电镜,加速电压为100 200kV,则电子波波长≈10-2~103nm, 而常见晶体的晶面间距为d≈10~101nm 因此,sine=/2d≈102,即0≈102rad ■电子衍射角非常小,是电子衍射与X射 线衍射之间的主要区别。 2021/2/22 10

2021/2/22 HNU-ZLP 10 布拉格定律 ◼ 一般形式：2dsin= ◼ 极限条件：2d，即对于给定的晶体， 只有当入射波长足够短时，才能产生衍 射。对于透射电镜，加速电压为100～ 200kV，则电子波波长10-2～10-3 nm， 而常见晶体的晶面间距为d 10～10-1 nm, 因此， sin=／2d 10-2，即 10-2 rad ◼ 电子衍射角非常小，是电子衍射与X射 线衍射之间的主要区别