【正文】 美國 EDAX Inc. GENESIS 型能譜儀 能譜儀 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 技術(shù)參數(shù) 1. 分析范圍： NaU 2. SiPin檢測器無需液氮致冷 3. 能量分辨率： 250eV 4. 光管功率： 9W 主要特點(diǎn) *多元素定性定量分析 (NaU) ，一次可測量 30多個(gè)元素。 工作方式 ZrO2(Y2O3)陶瓷析出相與基體的 定點(diǎn)分析 (圖中數(shù)字為 Y203mol%) 80000 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 線掃描分析 入射電子束在樣 品表面沿選定直線 掃描，譜儀檢測某 元素不同位置的特 征 X射線信號強(qiáng)度， 進(jìn)而獲得該元素分 布均勻性的信息。 波譜儀 彎晶聚焦 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 ? 定性分析 定性分析是利用 x射線譜儀，將樣品發(fā)射的 x射線展成 x射線譜， 記錄下樣品所發(fā)射的特征譜線的 波長 ，然后 根據(jù) X射線波長表 ，判斷 這些特征譜線的歸屬，進(jìn)而 確定 樣品所含 元素的種類 。被激發(fā)的特征 x射線照射到連續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)的分光晶體上實(shí)現(xiàn)分光，即不同波長的 X射線將在各 自滿足布拉格方程的 2θ方向上被檢測器接受，進(jìn)而展示 適當(dāng)波長范圍以內(nèi)的全部 X射線譜。 Si(Li)探頭須保存在液氮冷卻的 低溫狀態(tài)，防治 Li濃度因擴(kuò)散而變化。 Si(Li)檢測器的工作原理： X射線光子進(jìn)入探測器后被 Si原子俘獲并發(fā)射一個(gè)高能電子， 產(chǎn)生電子 — 空穴對及相應(yīng)的電荷量，電荷在電容上積分，形成代表 X光子能量的信息（正比）。 分析特點(diǎn)： ?手段簡化，分析速度快； ?成分分析所需樣品量很少，且為無損分析方法； ?釋譜簡單且不受元素化合狀態(tài)的影響； X射線譜儀： 樣品被激發(fā)的 X射線進(jìn)入譜儀，經(jīng)彎晶展譜后被接收 并記錄下譜線的強(qiáng)度。 （ 3 ） 對同一種鍍膜材料 ， 離子濺射鍍膜質(zhì)量好 ， 能形成顆粒更細(xì) 、 更致密 、 更均 勻 、 附著力更強(qiáng)的膜 。 3 、粉末試樣的制備 先將導(dǎo)電膠或雙面膠紙粘結(jié)在樣品座上，再均勻地把粉末樣撒在上面，用洗耳球吹去未 粘住的粉末，再鍍上一層導(dǎo)電膜，即可上電鏡觀察。有些試樣的表面、斷口需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)那治g，才能暴露某些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，則在侵蝕后應(yīng)將表面或斷口清洗干凈，然后烘干。 普通熱陰極電鏡要保持優(yōu)于 10－ 2～ 10－ 4Pa。常用閃爍計(jì)數(shù)器，用來檢測二次電子背散射電子等信號。 電子光學(xué)系統(tǒng) 二、主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理 作用： 使電子束產(chǎn)生橫向偏轉(zhuǎn)。 （ 9）可使用加熱、冷卻和拉伸等樣品臺進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，觀察在不同環(huán)境條件下的相變及形態(tài)變化等。 （ 4） 具有相當(dāng)?shù)姆直媛? 一般為 2～ 6nm， 最高可達(dá) （ 5） 對試樣的電子損傷小 掃描電鏡的電子束流為 10－ 10～ 10－ 12A， 直徑小 （ 3～幾十納米 ） ， 能量小 ， 且在試樣上掃描 并不固定照射 ， 多損傷小 ， 對高分子材料有利； 掃描電鏡的特點(diǎn) 一、掃描電子顯微鏡的工作原理與構(gòu)造 （ 6） 保真性高 相對于透射電鏡的復(fù)型試樣 ， 掃描電鏡可以直接觀察 ， 無假像 。二次電子信號被探 測器收集轉(zhuǎn)換成電訊號，經(jīng)視頻放 大后輸入到顯像管柵極，調(diào)制與入 射電子束同步掃描的顯像管亮度， 得到反映試樣表面形貌的二次電子 像。試樣為塊狀或粉 末顆粒，成像信號可以是 二次電子、 背散射電子 或 吸收電子 。 一、 掃描 電子顯微鏡的工作原理與構(gòu)造 1. 工作原理 二、 主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理 1. 電子光學(xué)系統(tǒng) 三、 掃描 電鏡樣品的制備 四、 掃描 電鏡在材料研究中的應(yīng)用 第六節(jié) 掃描電子顯微鏡 最高成像分辨率： 15 197。但在以下方面 的研究中卓有成效： ； ； 。 40176。 （二）直接樣品的制備 美國 Ganden公司 1993年制造的 Model 600 CDIF雙離子減薄器 ，包括四部分 : 主工作室 , 氣體控制系統(tǒng) , 真空系統(tǒng)和電路系統(tǒng)。 ? 粉末樣品的制備 ? 膠粉混合法 在干凈玻璃上滴火棉膠溶液，在膠液上放少許粉末并攪勻，再用另一塊 玻璃對研后突然抽開，膜干后劃成小方塊，在水面上下空插，膜片逐漸脫落， 用銅網(wǎng)撈出待用； ? 支持膜分散粉末法 將火棉膠或碳膜放在銅網(wǎng)上，再將粉末均勻地分布在膜上送入電鏡觀察 。將該玻璃片放入丙酮液中，復(fù) 合復(fù)型的 A． C．紙 (即一級復(fù)型 ) 在丙酮中將逐漸被溶解，同時(shí)適當(dāng) 加熱以溶解石蠟，圖 (d)。 塑料－碳二級復(fù)型 （一）復(fù) 型 (3)將固定好復(fù)型的玻璃片連同一 白瓷片置于真空鍍膜室中?；瘜W(xué)分離時(shí)，最常用的溶液是氫氟酸雙氧水溶液。一般情況 下，瓷片呈淺棕色時(shí)，碳膜的厚度正好符合要 求。 復(fù)型前，樣品表面必須充分清洗，否則會(huì)使負(fù)復(fù)型的圖像失真。 （ 3）復(fù)型材料應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度，良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電 和耐電子轟擊的能力。 主要方法： 復(fù)型、電解雙噴、離子薄化。觀察有機(jī)物或聚合物試樣時(shí)，為防止電子束對試樣的損 傷和污染，應(yīng)提高電壓。 （三）供電系統(tǒng) 作用： 承載樣品，并使之在物鏡極靴孔內(nèi)平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)，尋找觀察區(qū)。 （二）真空系統(tǒng) 74 10~10 ??1. 透射電鏡電源 ：一是供給電子槍的高壓部分， 二是供給電磁透鏡的低壓穩(wěn)流部分。 投影鏡 是一個(gè)短焦距的強(qiáng)磁透鏡，其作 用是把經(jīng)中間鏡放大或縮小的像進(jìn)一 步放大，并投影到熒光屏上。 物鏡的高分辯依靠低像差，采用強(qiáng)激磁、短焦距（ ～ 3mm）的物鏡；此外還借助于物鏡光闌和消像散器進(jìn)一步降低球差、消除像散，提高分辨能力。 物 物鏡 一次象 中間鏡 二次象 投影鏡 三次象 （熒光屏） （一）電子光學(xué)系統(tǒng) ? 物鏡：電鏡最關(guān)鍵部分。聚光鏡會(huì)聚電子束，調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度、孔徑角和束斑的大小。 （ 3）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。 作用： 提供一束亮度高、孔徑角小、相干性好、束流穩(wěn)定的照明源。 工作特色： 電子束亮度高，束斑尺 寸小，相干性好 Teai F20 supertwin 場發(fā)射槍透射電鏡 荷蘭 FEI公司 2022年制造 1. 透射電鏡 —— 以波長極短的電子束為照明源，采用透過薄膜樣品的電子束，用電磁透鏡聚焦成像，高分辨率，高放大倍數(shù)。 加速電壓 20～ 200KV可連續(xù)設(shè)置 熱場發(fā)射槍 晶格分辨率 ，點(diǎn)分辨率 最小電子束直徑 1nm 能量分辨率約 1ev 傾轉(zhuǎn)角 α= 177。 工作特色： 微機(jī)控制，操作方便； 傾轉(zhuǎn)角大，便于進(jìn)行電子衍射、衍 襯分析 Philips CM12透射電鏡（ 1985年） 荷蘭 Philips CM200FEG場發(fā)射槍透射電鏡 加速電壓～ 200KV 可連續(xù)設(shè)置加速電壓 熱場發(fā)射槍 晶格分辨率 點(diǎn)分辨率 最小電子束直徑 1nm 能量分辨率約 1ev 傾轉(zhuǎn)角 α= 177。 材料研究電鏡強(qiáng)調(diào)綜合分析，逐漸增加了掃描電鏡、 掃描透射電鏡、 X射線能譜儀、電子能損分析等有關(guān)附件 ，使其成為微觀形貌觀察、晶體結(jié)構(gòu)分析和成分分析的 綜合性儀器，即分析電鏡。故電磁透鏡是一種可變焦距（可變倍數(shù)）的會(huì)聚透鏡，這是電磁透鏡有別于玻璃透鏡的一個(gè)特點(diǎn)。 導(dǎo)線外圍的磁力線都在鐵殼中通過；在軟磁殼的內(nèi)側(cè) 開一道環(huán)狀的狹縫，可以減小磁場的廣延度，使大量磁力線集 中在縫隙附近的狹小區(qū)域內(nèi)，增強(qiáng)了磁場強(qiáng)度。 電子波與電磁透鏡 第四節(jié) 電磁透鏡 電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的作用下做圓錐螺旋近軸運(yùn)動(dòng)，一束與主軸平 行的電子束通過電磁透鏡將聚焦于軸上一點(diǎn) —— 焦點(diǎn)。 因此 ， 動(dòng)量和能量轉(zhuǎn)移是離子與固體相互作用的重要特征 。 三、 電子束與材料的其他相互作用 電子與材料相互作用產(chǎn)生的信號帶有材料的不同信息 ， 由這些信號所派生出來的分析方法在表 2中概括列出 。 3. 電子能譜 能譜的 低能端 隆起的峰由 真二次電子 （能量 ≤ 50eV）構(gòu) 成。 對導(dǎo)電樣品 （ 接地 ） ， 如果忽略透射方向的二次電子發(fā)射和表面元素脫附對樣品總電荷量的影響 ， 上述電子信號之間滿足 TASR IIIII ????01. 電子與固體作用產(chǎn)生的信號 入射電子 、 二次電子和背散射電子在固體中傳播時(shí)不斷經(jīng)受非彈性散射 ， 相繼兩次非彈性散射之間電子所經(jīng)過的平均路程 稱為 電子非彈性散射平均自由程 ，用 ?e表示 。 入射電子在固體中傳播時(shí) ， 能量逐漸減小 ， 量后失去全部動(dòng)能 ， 被樣品 “ 吸收 ” 。 X射線熒光的發(fā)射 體積取決于樣品對入射 電子和 X射線的吸收。 1. 電子與固體作用產(chǎn)生的信號 圖 1－ 4 Ix表示電子激發(fā)誘導(dǎo)的 X射線輻射強(qiáng)度 。當(dāng)背散射電子返 回到樣品表面層，并具有足 夠能量繼續(xù)產(chǎn)生電子激發(fā)時(shí)， 對二次電子發(fā)射也有貢獻(xiàn)。 背散射電子的最大信息深度約 為電子最大穿入深度的一半。描述入射電子的另一物理量是電子束流密度，單位是 A/cm2。前者使電子偏離原來方向引起電子在固體中 擴(kuò)散 ；后者使電子能量逐漸減小，直至被固體 吸收 ，從而限制了電子在固體中的擴(kuò)散范圍，這個(gè)范圍稱為 電子與固體的作用區(qū) 。 在不同固體中 ， 電子激發(fā)過程有差別 ， 多數(shù)情況 下 激發(fā)二次電子是入射電子能量損失的主要過程 。 3 散射截面 電子散射 由于庫侖相互作用 ， 入射電子在固體中的散射 比 X射 線 強(qiáng)得多 ， 同樣 固體對電子的 “ 吸收 ” 比對 X射線的吸收快 得多 。 由于電子與原子核的作用表現(xiàn)為彈性散射 ， 故將 πr n2叫做 彈性散射截面 ， 用 ?n表示 。 因?yàn)檫@些激發(fā)現(xiàn)象都是入射電子作用的結(jié)果 ， 所以稱為 電子激發(fā) 。 設(shè)原子的質(zhì)量為 M，質(zhì)量數(shù)為 A，碰撞前原子處于靜止?fàn)顟B(tài)。 在 500kv以上時(shí) ， 曲線由上升轉(zhuǎn) 為平緩 。 故有： 根據(jù)上式可計(jì)算出不同加速電壓下電子波的波長 。 由于電子束流具有波動(dòng)性，而電子波的波長要比可見光的波長短的多。 緒 論 常用光電觀測儀器比較 表 1 各種主要分析儀器之比較表 儀器 特性 光學(xué)顯微鏡 X光 衍射儀 電子顯微鏡 質(zhì) 波 可見光 X 光 電子 波長 ~5000 ~1 (100 kV) 介質(zhì) 空氣 空氣 真 空 ( torr至 torr