【正文】 生衍射的那些陣點。 衍射晶面位向與精確Bragg條件的允許偏差和樣品晶體的形狀和尺寸有關，這可以用倒易陣點的擴展來表示。 Dθmax范圍內(nèi)，倒易桿都能和球面相接觸而產(chǎn)生衍射。在偏離Bragg條件下，產(chǎn)生衍射的條件可表示為顯然，當Dθ= Dθmax時，S = Smax = 1/t ? 電子束波長為l? 假定面間距為d的（hkl）面滿足Bragg條件，則發(fā)生衍射，透射束和衍射束將和底片分別交于0’和P’?！?由代入上式即（2—4）（24）為電子衍射的基本公式 單晶花樣中的斑點可以直接被看成是相應衍射晶面的倒易陣點，各個斑點的R矢量也就是相應的倒易矢量g。下面分析一下倒易點落在Ewald球上的可能性 已知，電子衍射采用波長極短的電子束作為光源例如 100KV 在200KV下， 1/l與g相比相差80倍在0*附近的低指數(shù)倒易陣點附近范圍，反射球面十分接近一個平面，且衍射角度非常小（10），這樣反射球與倒易陣點相截是一個二維倒易平面。CZrO2同一晶粒傾轉(zhuǎn)到不同方位時攝取的4張電子衍射斑點圖 電子顯微鏡中的電子衍射 有效相機常數(shù)衍射束經(jīng)物鏡聚焦后在物鏡后焦面形成衍射花樣并用底片直接記錄衍射花樣的示意圖如下：設：物鏡焦距f0，副焦點A’與主焦點B’間的距離為r；中間鏡放大倍數(shù)為M1；投影鏡放大倍數(shù)為MP；經(jīng)放大后，有物鏡中心至熒光屏距離L’ = f0 MI MP熒光屏上中心斑至衍射斑距離 寫成矢量形式或這里，稱為有效相機常數(shù) L’為此，必須在三個透鏡的電流都固定的條件下，標定其相機常數(shù)。 背散射電子衍射分析及其應用測定材料晶體結(jié)構(gòu)及晶體取向的傳統(tǒng)方法主要有：1）X射線衍射和透射電鏡中的電子衍射。若掃描角幅值2γq聚焦電子束在樣品表面掃描時，入射角2θB， 則掃描過程中θ的變化出現(xiàn)三種情況：根據(jù)電子衍射動力學原理，入射電子波與晶體內(nèi)周期性電位分布（位能場）的相互作用的結(jié)果，激發(fā)出兩支布洛赫波。） 背散射電子衍射取向技術的應用背散射電子衍射技術出現(xiàn)于80’末，目前已發(fā)展為顯微組織與晶體學分析相結(jié)合的一種新的圖象分析技術。 概論電子探針的主要功能就是進行微區(qū)成分分析。 電子探針儀的結(jié)構(gòu)與工作原理 結(jié)構(gòu)如圖所示，可以分為三大部分：鏡筒、樣品室、和信號檢測系統(tǒng)。2) 在樣品上方放置分光晶體，當入射X波長l、入射角q、分光晶體面間距d之間滿足2dsinθ = λ時，該波長將發(fā)生衍射，若在其衍射方向安裝探測器，便可記錄下來。 此時，如果晶體的位置固定，整個分光晶體只收集一種波長的X射線，從而使這種單色X射線的衍射強度大大提高。全聚焦法顯然，只要改變晶體在聚焦園的位置，即可改變?nèi)肷浣铅?，從而可探測不同波長的X線。2. 測定原理 以直進式為例說明。一般在10～30cm范圍?？梢娨粋€分光晶體能夠覆蓋的波長范圍是有限的，也只能測定某一原子序數(shù)范圍的元素。 假定產(chǎn)生一個空穴對的最低平均能量為ε（固定的），則由一個光子造成的空穴對數(shù)目為： N — 一個X射線光子造成的空穴電子對的數(shù)目ε — 產(chǎn)生一個空穴對的最低平均能量ΔΕ — 特征能量由此可見，ΔΕ越大，N就越大 工作過程加在Si(Li)晶體兩端偏壓來收集電子空穴對→ （前置放大器）轉(zhuǎn)換成電流脈沖→ （主放大器）轉(zhuǎn)換成電壓脈沖→ （后進入）多通脈沖高度分析器，按高度把脈沖分類，并計數(shù)，從而描繪I－E圖譜。 3) 結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性和重現(xiàn)性都很好（因為無機械傳動） 4) 不必聚焦，對樣品表面無特殊要求，適于粗糙表面分析。 2. 線分析：將譜儀（波、能）固定在所要測量的某一元素特征X射線信號（波長或能量）的位置，把電子束沿著指定的方向作直線軌跡掃描，便可得到這一元素沿直線的濃度分布情況。也是用X射線調(diào)制圖像的方法。習 題 1. 電子探針儀與掃描電鏡有何異同？電子探針儀如何與掃描電鏡和透射電鏡配合進行組織結(jié)構(gòu)與微區(qū)化學成分的同位分析?2. 波譜儀和能譜儀各有什么優(yōu)缺點?3. 直進式波譜儀和回轉(zhuǎn)式波譜儀各有什么優(yōu)缺點?4. 要分析鋼中碳化物成分和基體中碳含量，應選用哪種電子探針儀?為什么?5. 要在觀察斷口形貌的同時，分析斷口上粒狀夾雜物的化學成分．選用什么儀 器?用怎樣的操作方式進行具體分析? 6. 舉例說明電子探針的三種工作方式(點、線、面)在顯微成分分析中的應用。167。圓筒形電容器式靜電分析器的的作用：由徑向電場產(chǎn)生的向心力，使能量比較分散的離子聚焦。適宜作表面化學成分分析，因此，俄歇電子的最大特點就是能進行表面化學成份分析。俄歇電子與特征X射線是兩個相互關聯(lián)和競爭的發(fā)射過程 ，其相對發(fā)射幾率，即熒光產(chǎn)額 ωK 和俄歇電子產(chǎn)額 αK 滿足（ K系為例） 各種元素在不同躍遷過程中發(fā)射的俄歇電子的能量見圖。目前廣泛采用來檢測Auger電子的是園筒鏡面能量分析器 167。　　若連續(xù)改變外筒上的負電壓，就可以使不同能量的俄歇電子依次檢測出來。 譜線分析Auger電子的峰值的能量范圍50—1500 ev間，它和SE，BE等存在范圍不重疊。 雙重峰極小值處的能量代表Auger電子特征能量 　 具有極優(yōu)異的分辨率。在低溫低壓下，隧道電流I可近似表達為式中，I隧道電流；d樣品與針尖間的間距；k為常數(shù)，在真空隧道條件下，與有效局部功函數(shù)F有關，可近似表示為STM工作時，樣品與針尖間隧道電流的精確表達為：式中，Mμν隧道矩陣元；f(Eμ)費米函數(shù)；U跨越能壘的電壓；Eμ狀態(tài)m的能量；μ、ν針尖和樣品表面的所有狀態(tài)； Mμν可表示為　　　　　 式中，Ψ為波函數(shù)　　由此可見，隧道電流并不是樣品表面起伏的簡單函數(shù)，而是表示樣品和針尖電子波函數(shù)的重疊程度。1) 恒電流模式通過電子反饋系統(tǒng)，使針尖隨樣品表面高低變化而作升降運動，保證針尖與樣品間的距離保持不變，此時，針尖在樣品表面掃描時的運動軌跡直接反映了樣品表面態(tài)密度的分布。通過記錄隧道電流的變化，得到樣品表面的形貌圖，此即恒高度模式。 AFMSTM不能測量絕緣體表面的形貌。如圖所示是樣品表面的勢能U和表面力F隨表面距離的變化。? 樣品和針尖B之間的相對距離可由AFM的Pz（控制z向位移的壓電陶瓷）所加電壓和STM的Pz所加的電壓確定；? 表面力的大小和方向由STM的Pz所加的電壓的變化來確定。 主峰或特征峰：表征樣品電子結(jié)合能的一系列光電子譜峰伴峰：能譜圖中的非光電子峰化學位移: 原子所處化學環(huán)境不同，內(nèi)殼層電子結(jié)合能會發(fā)生變化，導致譜峰位移，因此可以測定價態(tài)。2. 利用AFM針尖與樣品作用力與針尖進入樣品深度的關系可以測定樣品的彈 性、塑性、硬度性質(zhì)，即AFM作為納米量級“壓痕器”（nanoindentor）3. AFM測量樣品形貌或三維輪廓圖的方法 X射線光電子能譜儀（XPS）XPS亦稱為化學分析用電子能譜（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis —ESCA） 分析原理建立在Einstein光電子發(fā)射定律基礎之上，即X射線光子激發(fā)樣品原子內(nèi)殼層電子，產(chǎn)生光電子發(fā)射，稱為X射線光電子，能量范圍10010KEV。 下圖是Binnig于86年提出的AFM的結(jié)構(gòu)原理圖。不但可以測量絕緣體表面形貌，還可測量表面原子間的力，測量表面的彈性、塑性、硬度、粘著力、摩擦力等。恒電流模式是目前STM設計中常用的工作模式。適用于觀察表面起伏較大的樣品。 由上式計算得，隧道電流I將增加一個數(shù)量級，即隧道電流對樣品表面的微觀起伏特別敏感。STM的工作原理:STM的工作原理如圖所示。 3. 應 用 1）金屬和合金的晶介脆斷 2）壓力加工和熱處理后的表面偏析 掃描隧道顯微鏡（STM）與原子力顯微鏡（AFM） STMSTM是Gerd Binnig于1983年發(fā)明的一種新型表面測試分析儀器。 因Auger峰高度較小，當信號較弱時，在NE—E曲線上Auger峰不明顯，如果對NE—E曲線進行微分處理，就可得到dNE/dEE曲線，此時，原來較低的俄歇電子峰轉(zhuǎn)化為一對雙重峰，使Auger峰位和計數(shù)清晰可辨。　　在園筒鏡面能量分析器中還帶有一個離子濺射裝置，用來進行表面清理和剝層。 　其主體是兩個同心園筒；樣品和內(nèi)筒同時接地；在外筒上施一可調(diào)負偏壓，內(nèi)筒開有園環(huán)狀的電子入口和出口。? 通常Z ≤ 14的元素，采用KLL電子 ? 14 Z 42的元素，采用LMM電子? Z≥42的元素，采用MNN，MNO電子3. 俄歇電子的能譜檢測俄歇電子的信噪比（S/N）極低，檢測相當困難，需要特殊的能量分析器和數(shù)據(jù)處理方法?？紤]到A電子的電離引起原子庫侖電場的改組，使C殼層能級由EC(Z)變成 EC(Z+D)，其特征能量為： 利用初級離子轟擊濺射剝層，可獲得元素濃度隨深度的變化? 元素面分布分析。167。 不同元素的離子具有不同的荷質(zhì)比e/m，據(jù)此可描出離子探針的質(zhì)譜曲線，因此，離子探針可進行微區(qū)成分分析。5%之內(nèi)。 3. 面分析： 電子束在樣品表面作光柵掃描，將譜儀（波、能）固定在所要測量的某一元素特征X射線信號（波長或能量）的位置，此時，在熒光屏上得到該元素的面分布圖像。 3) 能譜儀的Si(Li)探頭必須保持在低溫態(tài)，因此必須時時用液氮冷卻。其靈敏度比波譜儀高約一個數(shù)量級。 能量分散譜儀（能譜儀EDS） 1. 工作原理 利用不同元素X射線光子特征能量不同特點進行成分分析 鋰漂移硅能譜儀Si(Li)框圖 加在Si(Li)晶體兩端偏壓來收集電子空穴對→ （前置放大器）轉(zhuǎn)換成電流脈沖→ （主放大器）轉(zhuǎn)換成電壓脈沖→ （后進入）多通脈沖高度分析器，按高度把脈沖分類，并計數(shù)，從而繪I－E 圖譜?！?5176。 在O1圓上　　　　 L1—點光源和分光晶體距離，在儀器上讀取，R—已知，可求得θ1，即可求得λ1 3. 分析方法 　　　　　　 直進式波譜儀中在進行定點分析時，只要把距離L從小變大，就可在某些特定位置測到特征波長信號，經(jīng)處理后可在熒光屏或XY記錄儀上把譜線描繪出來。這種波譜儀結(jié)構(gòu)較這可使X射線穿出樣品表面過程中所走直進式簡單，但出射方向改變很大，的路線相同也就是吸收條件相等。近似聚焦方式。 上述平面分光晶體使譜儀的檢測效率非常低，表現(xiàn)在：u 固定波長下，特定方向入射才可衍射v 處處衍射條件不同要解決的問題是：u 分光晶體表面處處滿足同樣的衍射條件v 實現(xiàn)衍射束聚焦解決的辦法是：把分光晶體作適當?shù)膹椥詮澢⑹筙射線源、彎曲晶體表面和檢測器窗口位于同一個園周上，就可以達到把衍射束聚焦的目的。? 信號檢測系統(tǒng)是X射線譜儀，對微區(qū)進行化學成分分析：? 波長分散譜儀或波譜儀（WDS），用來測定特定波長的譜儀；? 能量分散譜儀或能譜儀（EDS），用來測定X射線特征能量的譜儀 要使同一臺儀器兼具形貌分析和成分分析功能，往往將掃描電鏡和電子探針組合在一起。 其原理是：用細聚焦電子束入射樣品表面，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的波長（或能量）可知元素種類；分析特征X射線的強度可知元素的含量。1. 織構(gòu)分析 2. 晶粒間取向差分析3. 物相鑒定及相含量測定4. 測量晶粒尺寸（晶界、亞晶界、相界面成像）如圖13－335. 應變分析（缺陷密度對背散射電子衍射花樣菊池線清晰度的影響）如圖：13 －34習 題 1. 電子束入射固體樣品表面會激發(fā)哪些信號?它們有哪些特點和用途?2. 掃描電鏡的分辨幸受哪些因素影響?用不同的信號成像時，其分辨率有何不同? 所謂掃描電鏡的分辨率是指用何種信號成像時的分辨率?3. 掃描電鏡的成像原理與透射電鏡有何不同?4. 二次電子像和背散射電子像在顯示表面形貌襯度時有何相同與不同之處?5. 說明背散射電子像和吸收電子像的原子序數(shù)襯度形成原理．并舉例說明在分析樣