【正文】 俄歇電子與特征 X射線一樣 ， 具有特定的能量和波長 ， 其能量和波長取決于原子的核外電子能級結(jié)構 。 特征 X射線的波長決定于原子的核外電子能級結(jié)構 。這些 X射線會使試樣中某些元素的內(nèi)層電子被激發(fā)從而產(chǎn)生次級特征 X射線。 如果其波長比可見光短 ， 比 X光長， 那樣就會發(fā)出紫外熒光 。 約等于電子束 表面形貌像 30~100 197。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 31 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 32 電磁透鏡光路 電磁透鏡的光學性質(zhì) 20)( NIRVAf ?fvu111 ??現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 33 式中： u、 v與 f物距、像距與焦距 式中： V0電子加速電壓； R透鏡半徑； NI激磁線圈安匝數(shù)； A與透鏡結(jié)構有關的比例常數(shù) 。 景 深 較小 較大 焦 長 較短 較長 像的記錄 照相底板、計算機儲存、打印 照相底板、計算機儲存、打印 電子顯微鏡和光學顯微鏡的異同 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 40 一、透射電子顯微鏡 透射電子顯微鏡是利用電子的波動性來觀察固體材料內(nèi)部的各種缺陷和直接觀察原子結(jié)構的儀器。另外，也有些設計，在高分辨時采取短焦距，低分辨時采取長焦距。 (b)陽極：加速從陰極發(fā)射出的電子。 前者比較便宜并對真空要求較低 ， 后者發(fā)射效率要高很多 ， 其電流強度大約比前者高一個量級 。 (1)試樣室：位于照明部分和物鏡之間，它的主要作用是通過試樣臺承載試樣，移動試樣。 近代儀器除了上述電源部分外，尚有自動操作程序控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理的計算機系統(tǒng)。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 58 明場像和暗場像 ? TEM圖像分為顯微像和衍射花樣。 ? Z較高、樣品較厚區(qū)域在屏上顯示為較暗區(qū)域。試樣內(nèi)各晶面取向不同，各處衍射束 I差異形成襯度。 Dhk： dehydroxylated kaolinite（ 脫羥基高嶺石 ） 。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 掃描電子顯微 2022/9/7 75 二、掃描電子顯微鏡 SEM 掃描電鏡結(jié)構原理 掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似 。 因為二次電子信號主要來處樣品表層 5～ 10nm的深度范圍 ， 它的強度與原子序數(shù)沒有明確的關系 ， 便對微區(qū)表面相對于入射電子束的方向卻十分敏感 ， 二次電子像分辨率比較高 ， 所以適用于顯示形貌襯度 。由于 ZrO2相平均原子序數(shù)遠高于 Al2O3相和SiO2 相，所以圖中白色相為斜鋯石，小的白色粒狀斜鋯石與灰色莫來石混合區(qū)為莫來石－斜鋯石共析體，基體灰色相為莫來石。如果選擇高于 40000倍的放大倍率，不會增加圖像細節(jié)，只是虛放，一般無實際意義。 目前用 W燈絲的 SEM，分辨率已達到 3nm6nm, 場發(fā)射源 SEM分辨率可達到 1nm 。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 掃描電子顯微 2022/9/7 107 樣品制備簡單 樣品可以是自然面 、 斷口 、 塊狀 、 粉體 、 反光及透光光片 ，對不導電的樣品只需蒸鍍一層 20nm的導電膜 。一般采用標準純物質(zhì)作為基準樣品，獲得其強度數(shù)據(jù)，并利用該數(shù)據(jù)可計算出所測元素的濃度。 原子力顯微鏡（ atomic force microscope, AFM）是 SPM的一種， 1986年由 IBM 公司的 Binnig與斯坦福大學的 Quate發(fā)明的，其目的是為了使非導體也可以采用掃描探針顯微鏡（ SPM）進行觀測。 激光位置檢測器的示意圖：聚焦到微懸臂上面的激光反射到激光位置檢測器，通過對落在檢測器四個相限的光強進行計算，可以得到由于表面形貌引起的微懸臂形變量大小，從而得到樣品表面的不同信息。通常把三個分別代表 X， Y， Z方向的壓電陶瓷塊組成三角架的形狀，通過控制 X， Y方向伸縮來驅(qū)動探針在樣品表面掃描；通過控制 Z方向壓電陶瓷的伸縮來控制探針與樣品之間距離。由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力（ 108～ 106N），同時樣品表面起伏不平，從而使探針帶動微懸臂彎曲變化，而微懸臂的彎曲又使得光路發(fā)生變化，使得反射到激光位置檢測器上的激光光點上下移動，檢測器將光點位移信號轉(zhuǎn)換成電信號并經(jīng)過放大處理。 當針尖掃描到樣品突出區(qū)域時，阻礙變大，振幅隨之減小（或針尖通過凹陷區(qū)域時，阻力減小，振幅隨之增大）。 新膜表面 (左 )和污染膜表面 (右 ) 4. 力學曲線 垂直方向探針所受的力對垂直方向位置作圖。 在該模式下，掃描成像時針尖對樣品進行 “ 敲擊 ”，兩者間只有瞬間接觸，克服了傳統(tǒng)接觸模式下因針尖被拖過樣品而受到摩擦力、粘附力、靜電力等的影響，并有效的克服了掃描過程中針尖劃傷樣品的缺點，適合于柔軟或吸附樣品的檢測，特別適合檢測有生命的生物樣品。 2. 輕敲模式 以一種恒定的驅(qū)動力使探針懸臂以一定的頻率振動。 （ 2）恒高度模式 — 此時反饋系統(tǒng)關閉，樣品位置在垂直方向不動，探針高度一定，隨樣品表面起伏，探針與表面原子的相互作用力起伏。通過控制壓電陶瓷的伸縮達到控制探針與樣品之間距離的目的。懸臂的這種變化經(jīng)檢測系統(tǒng)檢測后轉(zhuǎn)變成電信號轉(zhuǎn)遞給反饋系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，記錄掃描過程中一系列探針變化可獲得樣品表面形貌的三維信息。 STM 是利用針尖與樣品之間的隧道電流的變化來探測物體表面結(jié)構。它是在電子光學和 X射線光譜學原理的基礎上發(fā)展起來的一種高效率分析儀器?？梢钥闯?， 長工作距離 、 小物鏡光闌 、 低放大倍率能得到大景深圖像 。對光學顯微鏡 ?=70?~75?， n=。顆粒表面附著癿瀝青質(zhì)等石油組分（左圖中顆粒表面癿絮狀物）可以被甲苯有效萃取，而不能被正己烷完全洗凈。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 掃描電子顯微 2022/9/7 84 形貌襯度原理 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 掃描電子顯微 2022/9/7 85 背散射電子像 背散射電子是指入射電子與樣品相互作用 (彈性和非彈性散射 )之后 ， 再次逸出樣品表面的高能電子 ， 其能量接近于入射電子能量 (E) 背射電子的產(chǎn)額隨樣品的原子序數(shù)增大而增加 ， 所以背散射電子信號的強度與樣品的化學組成有關 ，即與組成樣品的各元素平均原子序數(shù)有關 。二次電子能量比較低，習慣上把能量小于 50eV電子統(tǒng)稱為二次電子，僅在樣品表面 5nm－ 10nm的深度內(nèi)才能逸出表面，這是二次電子分辨率高的重要原因之一。 SEM與電子探針 （ EPMA）的功能和結(jié)構基本相同 ， 但 SEM一般不帶波譜儀 （ WDS） 。 ? 存在缺陷，周圍晶面發(fā)生畸變，這組晶面在樣品的不同部位滿足布拉格條件程度不同，會產(chǎn)生襯度，得到衍襯像。(IB) I0 I0 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 62 衍射襯度 ? 晶體 樣品襯度的主要來源。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 59 質(zhì)厚襯度 ? 非晶體 樣品襯度的主要來源。 ? 了解像襯度的形成機理，對具體圖像給予正確解釋是電子顯微分析的前提。三級放大成象和極低放大成象示意圖如下所示 : 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 55 物 物鏡 衍射譜 一次象 中間鏡 二次象 投影鏡 三次象 （熒光屏） 100?20?100?52 10??物鏡關閉 無光闌 中間鏡 （作物鏡用） 投影鏡 第一實象 （熒光屏） ?100?現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 56 為了保證真在整個通道中只與試樣發(fā)生相互作用，而不與空氣分子發(fā)生碰撞，因此，整個電子通道從電子槍至照相底板盒都必須置于真空系統(tǒng)之內(nèi)，一般真空度為 104~107 毫米汞柱。由于越尖銳處槍體的電子脫出能力越大，因此只有槍尖部位才能發(fā)射電子。 (d)聚光鏡：由于電子之間的斥力和陽極小孔的發(fā)散作用，電子束穿過陽極小孔后，又逐漸變粗，射到試樣上仍然過大。 60度 加速電壓 200KV LaB6燈絲 點分辨率 加速電壓 60、 80、 100 、 120KV 晶格分辨率 點分辨率 最小電子束直徑約 2nm 傾轉(zhuǎn)角度 α=177。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 41 目前，風行于世界的大型電鏡，分辨本領為 2~3 埃，電壓為 100～ 500kV，放大倍數(shù) 50~1200,000倍。當物點 P通過透鏡成像時，電子就不會會聚到同一焦點上，從而形成了一個散焦斑 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 球差 2022/9/7 39 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 00 .6 1sinr n????3ssrC??球差造成的散焦斑半徑的表達式為 顯微鏡的分辨率由下式?jīng)Q定 由上面的兩個式子可以看出來，為了提高電鏡的分辨率，從衍射的角度來看，應該盡量增大孔徑半角，而從球差對散焦斑的影響來看，應該盡量減小孔徑半角。 透射電鏡 特征 X射線 略小于電子 穿透深度 大于電子束 元素定量、定性 分析、元素面分 布像 電子探針 陰極發(fā)光 大于電子 穿透深度 遠大于電子束 晶體缺陷、雜質(zhì) 元素分布像、 晶體發(fā)光 3000~10000 197。 陰極發(fā)光可用來 研究礦物的發(fā)光性、所含雜質(zhì)類型和晶格缺陷 等。 產(chǎn)生陰極熒光的物質(zhì)主要是那些含有雜質(zhì)元素或晶格缺陷 (如間隙原子 、 晶格空位等)的絕緣體或半導體 。 特征 X射線是電子探針 微區(qū)成分分析 所檢測的主要信號 。 這種電子能反映試樣的表面特征 。 試樣比較薄的時候 ， 由于有透射電子存在 ， (1)式的右邊應加上透射電子項 ， 即 I0=IB+IS+IA+IT 透射電子是透射電子顯微鏡要檢測的主要信息 ， 用于 高倍形貌像 觀察 ， 高分辨晶格像 觀察和 電子衍射晶體結(jié)構分析 。 概念 特點 用途 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 吸收電子 (Absorption electron簡稱 ) 被試樣吸收的入射電子稱為吸收電子 。s),e= 1019(C),m= 1031(kg) 在電子顯微鏡中 ， 電子的加速電壓很高 ， 電子速度很大 ， 接近光速 。 光波的衍射 SECTION: 物理學基礎 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 2022/9/7 7 傳統(tǒng)光學顯微系統(tǒng)的不足： 1. 第一 ， 光線不可