【正文】 真空度為 104~107 毫米汞柱。 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)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(lái)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(huì)產(chǎn)生襯度，得到衍襯像。二次電子能量比較低，習(xí)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。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?？梢钥闯?， 長(zhǎng)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(lái)探測(cè)物體表面結(jié)構(gòu)。通過(guò)控制壓電陶瓷的伸縮達(dá)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(qū)動(dòng)力使探針懸臂以一定的頻率振動(dòng)。 新膜表面 (左 )和污染膜表面 (右 ) 4. 力學(xué)曲線 垂直方向探針?biāo)艿牧?duì)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(shí)樣品表面起伏不平，從而使探針帶動(dòng)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(cè)器上的激光光點(diǎn)上下移動(dòng)，檢測(cè)器將光點(diǎn)位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并經(jīng)過(guò)放大處理。 激光位置檢測(cè)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(cè)器，通過(guò)對(duì)落在檢測(cè)器四個(gè)相限的光強(qiáng)進(jìn)行計(jì)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(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)作為基準(zhǔn)樣品，獲得其強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并利用該數(shù)據(jù)可計(jì)算出所測(cè)元素的濃度。 目前用 W燈絲的 SEM，分辨率已達(dá)到 3nm6nm, 場(chǎng)發(fā)射源 SEM分辨率可達(dá)到 1nm 。由于 ZrO2相平均原子序數(shù)遠(yuǎn)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(lái)石混合區(qū)為莫來(lái)石－斜鋯石共析體，基體灰色相為莫來(lái)石。 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)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(gòu)原理 掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似 。試樣內(nèi)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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 58 明場(chǎng)像和暗場(chǎng)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(guò)試樣臺(tái)承載試樣，移動(dòng)試樣。 (b)陽(yáng)極：加速?gòu)年帢O發(fā)射出的電子。 景 深 較小 較大 焦 長(zhǎng) 較短 較長(zhǎng) 像的記錄 照相底板、計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存、打印 照相底板、計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存、打印 電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡的異同 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 物理學(xué)基礎(chǔ) 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(dòng)性來(lái)觀察固體材料內(nèi)部的各種缺陷和直接觀察原子結(jié)構(gòu)的儀器。 約等于電子束 表面形貌像 30~100 197。這些 X射線會(huì)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(jí)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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量技術(shù) 俄歇電子與特征 X射線一樣 ， 具有特定的能量和波長(zhǎng) ， 其能量和波長(zhǎng)取決于原子的核外電子能級(jí)結(jié)構(gòu) 。 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(shù) 2022/9/7 2 2022/9/7 3 顯微鏡由兩個(gè)會(huì)聚透鏡組成 ， 光路圖如圖所示 。 概念 特點(diǎn) 用途 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量技術(shù) 二次電子 (Secondary electron簡(jiǎn)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(lái)的二級(jí) 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(fù)雜得多，它在原理上基本模擬了光學(xué)顯微鏡的光路設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)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(yáng)極接地，陰極帶有負(fù)高壓。 (2)物鏡：電鏡的最關(guān)鍵的部分，其作用是將來(lái)自試樣不同點(diǎn)同方向同相位的彈性散射束會(huì)聚于其后焦面上，構(gòu)成含有試樣結(jié)構(gòu)信息的散射花樣或衍射花樣；將來(lái)自試樣同一點(diǎn)的不同方向的彈性散射束會(huì)聚于其象平面上，構(gòu)成與試樣組織相對(duì)應(yīng)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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 掃描電子顯微 2022/9/7 76 掃描電鏡的主要結(jié)構(gòu) 主要包括有電子光學(xué)系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 掃描電子顯微 2022/9/7 88 掃描電鏡結(jié)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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)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(jìn)行計(jì)算，需要進(jìn)行熒光修正和吸收修正 116 電子探針?lè)治龅膽?yīng)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(cè)量技術(shù) 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)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(cè)量技術(shù) 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 原子力顯微鏡 1982 年 ,Gerd Binnig 和 Heinrich Rohrer 共同研制成功了第一臺(tái)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(xué)獎(jiǎng)。 3. 反饋控制系統(tǒng) 在原子力顯微鏡（ AFM）的系統(tǒng)中，將信號(hào)經(jīng)由激光檢測(cè)器取入之后，在反饋系統(tǒng)中會(huì)將此信號(hào)作為內(nèi)部的調(diào)整信號(hào)，驅(qū)使掃描器做適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)，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(guò)計(jì)算激光束在檢測(cè)器四個(gè)像限中的強(qiáng)度差值（ A+B） （ C+D）得到的?？梢杂脕?lái)分析污染物的粘性、油脂厚度以及局部樣品表面彈性變化。在此反饋機(jī)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(dòng)。 掃描探針顯微鏡具有三個(gè)傳統(tǒng)顯微鏡無(wú)法達(dá)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(shù)都是利用探針與樣品的不同相互作用，來(lái)探測(cè)樣品表面或界面在納米尺度上表現(xiàn)出的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。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(guò) 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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 掃描電子顯微 2022/9/7 77 2022/9/7 78 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 掃描電子顯微 JSM6700F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)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(jià)帶或?qū)щ娮樱╇婋x產(chǎn)生的電子，稱二次電子。 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 64 衍襯像 ? 晶體厚度均勻、無(wú)缺陷，晶面組在各處滿足條件的程度相同，無(wú)論明場(chǎng)像還是暗場(chǎng)像，均看不到襯度。 ? 暗場(chǎng) 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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 透射電子顯微 2022/9/7 54 近代高性能電鏡一般都設(shè)有兩個(gè)中間鏡，兩個(gè)投影鏡。 (c)控制極：會(huì)聚電子束；控制電子束電流大小，調(diào)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(wàn)倍之間，有些甚至可達(dá)數(shù)百萬(wàn)倍或千萬(wàn)倍。 掃描電鏡、電子探針 透射電子 形貌像、結(jié)構(gòu)像 ~100 197。 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量技術(shù) 陰極發(fā)光 (熒光 ) 陰極熒光實(shí)際上是 由陰極射線 （ 電子束） 激發(fā)出來(lái)的一種波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波 ， 一般是指可見(jiàn)光 ， 有些書(shū)上把紅外光和紫外光也包括在內(nèi) 。） ， 相當(dāng)于 2~3個(gè)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(shù)的相關(guān)概念 ? 放大倍數(shù) ： M=成像大小 /實(shí)物大小 SECTION: 物理學(xué)基礎(chǔ) 現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 2022/9/7 4 是指光學(xué)儀器所能區(qū)分的兩相鄰物點(diǎn)之間最小距離 ， 通常用 δ表示 ， δ越小 ， 表示能分清物體的細(xì)節(jié)越細(xì) ， 分辨本領(lǐng)越好 可見(jiàn)光系統(tǒng)最小分辨率 δ =200nm 分辨本領(lǐng) 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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 物理學(xué)基礎(chǔ) 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(cè)試技術(shù) 電子顯微測(cè)量 SECTION: 物理學(xué)基礎(chǔ) 6 根據(jù)“瑞利”判據(jù)，當(dāng) A、 B兩點(diǎn)靠近到使像斑的重疊部分達(dá)到各自的一半時(shí)，則認(rèn)為此兩點(diǎn)的距離即是透鏡的分辨本領(lǐng)；由此得出顯微鏡的分辨本領(lǐng)公式（阿貝公式）為： d=?/(N*sin?) 其中 : N*sin?是 透鏡的孔徑數(shù) (簡(jiǎn)寫(xiě)為 N*A) 常于鏡