【正文】 真空度為 104~107 毫米汞柱。 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 質厚襯度 ? 非晶體 樣品襯度的主要來源。 ? 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。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的深度內才能逸出表面，這是二次電子分辨率高的重要原因之一。顆粒表面附著癿瀝青質等石油組分（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?？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 。 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構。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。 2. 輕敲模式 以一種恒定的驅動力使探針懸臂以一定的頻率振動。 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。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換成電信號并經(jīng)過放大處理。 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。一般采用標準純物質作為基準樣品，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。 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 。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。 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 掃描電鏡結構原理 掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似 。試樣內各晶面取向不同，各處衍射束 I差異形成襯度。 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。 (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。 (b)陽極：加速從陰極發(fā)射出的電子。 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部的各種缺陷和直接觀察原子結構的儀器。 約等于電子束 表面形貌像 30~100 197。這些 X射線會使試樣中某些元素的內層電子被激發(fā)從而產(chǎn)生次級特征 X射線。 K L3 L2 L1 高能電子 光電子 KL2,L3俄歇電子 概念 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 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構 。 在掃描電鏡中 ， 用其獲取試樣的表面 形貌像 和 成分像 。2022/9/7 1 電子顯微分析技術 2022/9/7 2 2022/9/7 3 顯微鏡由兩個會聚透鏡組成 ， 光路圖如圖所示 。 概念 特點 用途 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 二次電子 (Secondary electron簡稱 ) 在入射電子的撞擊下 ， 脫離原子核的束縛， 逸出試樣表面的自由電子 。 因此每種元素都有自己的特征俄歇能譜 。這種由 X射線激發(fā)出來的二級 X射線，叫做 熒光 X 射線 。 掃描電鏡 背散射電子 較大 大于電子束 形貌像、成份像 50~2022 197。盡管復雜得多，它在原理上基本模擬了光學顯微鏡的光路設計，簡單化地可將其看成放大倍率高得多的成像儀器。為了安全，一般都是陽極接地，陰極帶有負高壓。 (2)物鏡：電鏡的最關鍵的部分，其作用是將來自試樣不同點同方向同相位的彈性散射束會聚于其后焦面上，構成含有試樣結構信息的散射花樣或衍射花樣；將來自試樣同一點的不同方向的彈性散射束會聚于其象平面上，構成與試樣組織相對應的顯微象。前者是透射電子成像，后者為散射電子成像。 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 63 衍襯像 ? 根據(jù)衍射襯度原理形成的 電子圖像稱為衍襯像。 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 76 掃描電鏡的主要結構 主要包括有電子光學系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信號檢測放大系統(tǒng)、圖象顯示和記錄系統(tǒng)、電源和真空系統(tǒng)等。 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 88 掃描電鏡結果分析示例 βAl2O3試樣高體積密度與低體積密度的形貌像 2200 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 89 典型的功能陶瓷沿晶斷口的二次電子像，斷裂均沿晶界發(fā)生，有晶粒拔出現(xiàn)象，晶粒表面光滑，還可以看到明顯的晶界相。 高分辨率的電子束直徑要小 ， 分辨率與子束直徑近似相等 ?？梢岳渺`敏度因子的方法進行計算，需要進行熒光修正和吸收修正 116 電子探針分析的應用 ? 材料局部區(qū)域的成份分析 ? 摩擦材料的元素分布 ? 陶瓷材料的偏析 ? 顆粒催化劑的成份分布 SECTION: 電子探針測量技術 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 117 0 2 4 6 8 10 12 14E n e r g y / ke VCounts. / a.u.AlSrCuCuSrBSrAlO4納米球的研究 SECTION: 電子探針測量技術 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 水泥漿體斷口 SECTION: SEM與電子探針耦合分析催化劑表面積碳和失效 118 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 原子力顯微鏡 1982 年 ,Gerd Binnig 和 Heinrich Rohrer 共同研制成功了第一臺掃描隧道顯微鏡 ( scanning tunneling microscope ,STM), 1986 年 ,Binnig 和 Rohrer 被授予諾貝爾物理學獎。 3. 反饋控制系統(tǒng) 在原子力顯微鏡（ AFM）的系統(tǒng)中，將信號經(jīng)由激光檢測器取入之后，在反饋系統(tǒng)中會將此信號作為內部的調整信號，驅使掃描器做適當?shù)囊苿?，使樣品與針尖保持一定的作用力。 （ 1）接觸模式 由表面形貌引起的微懸臂形變量大小是通過計算激光束在檢測器四個像限中的強度差值（ A+B） （ C+D）得到的?？梢杂脕矸治鑫廴疚锏恼承浴⒂椭穸纫约熬植繕悠繁砻鎻椥宰兓?。在此反饋機制下，記錄在垂直方向上掃描器的位移，探針在樣品的表面掃描得到完整圖像之形貌變化，這就是接觸模式。 AFM系統(tǒng)使用壓電陶瓷管制作的掃描器精確控制微小的掃描移動。 掃描探針顯微鏡具有三個傳統(tǒng)顯微鏡無法達到的重大突破： 1. 掃描探針顯微鏡具有極高度的解析力 2. 掃描探針顯微鏡具有三維立體的成像能力 3. 掃描探針顯微鏡可以在多種環(huán)境下操作 這些顯微技術都是利用探針與樣品的不同相互作用，來探測樣品表面或界面在納米尺度上表現(xiàn)出的物理性質和化學性質。SEM的景深 ΔF可以用如下公式表示： 0 . 2() DFdMa? ? ?式中 D為工作距離 ， a為物鏡光闌孔徑 ， M為放大倍率 ， d為電子束直徑 。通過 SEM圖像可以看出，固體顆粒癿粒徑在數(shù)十至數(shù)百微米之間，是立方體型、球形顆粒癿混合物。 比 較 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 77 2022/9/7 78 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 掃描電子顯微 JSM6700F場發(fā)射掃描電鏡 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 79 掃描電鏡圖象及襯度 ? 二次電子像 ? 背散射電子像 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 80 二次電子 入射電子與樣品相互作用后，使樣品原子較外層電子（價帶或導帶電子）電離產(chǎn)生的電子，稱二次電子。 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 64 衍襯像 ? 晶體厚度均勻、無缺陷，晶面組在各處滿足條件的程度相同，無論明場像還是暗場像，均看不到襯度。 ? 暗場 像（ DF）：散射電子成像，像有畸變、分辨率低。 D）成象放大部分 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 54 近代高性能電鏡一般都設有兩個中間鏡，兩個投影鏡。 (c)控制極：會聚電子束；控制電子束電流大小，調節(jié)象的亮度。而透射電鏡的放大倍數(shù)在數(shù)千倍至一百萬倍之間，有些甚至可達數(shù)百萬倍或千萬倍。 掃描電鏡、電子探針 透射電子 形貌像、結構像 ~100 197。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 陰極發(fā)光 (熒光 ) 陰極熒光實際上是 由陰極射線 （ 電子束） 激發(fā)出來的一種波長較長的電磁波 ， 一般是指可見光 ， 有些書上把紅外光和紫外光也包括在內 。） ， 相當于 2~3個原子層 。 在掃描電鏡中用其獲取試樣的表面 形貌像 。 顯微技術的相關概念 ? 放大倍數(shù) ： M=成像大小 /實物大小 SECTION: 物理學基礎 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 2022/9/7 4 是指光學儀器所能區(qū)分的兩相鄰物點之間最小距離 ， 通常用 δ表示 ， δ越小 ， 表示能分清物體的細節(jié)越細 ， 分辨本領越好 可見光系統(tǒng)最小分辨率 δ =200nm 分辨本領 2022/9/7 5 圓孔的 Fraunhofer衍射示意圖 (a)和衍射圓斑 (b) 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 5 光波衍射 中央亮斑被稱之為 Airy斑 R=?/(N*sin?) 2022/9/7 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 6 根據(jù)“瑞利”判據(jù)，當 A、 B兩點靠近到使像斑的重疊部分達到各自的一半時，則認為此兩點的距離即是透鏡的分辨本領；由此得出顯微鏡的分辨本領公式（阿貝公式）為： d=?/(N*sin?) 其中 : N*sin?是 透鏡的孔徑數(shù) (簡寫為 N*A) 常于鏡