材料电子显微分析技术

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1、中南大学材料结构分析材料科学与工程学院艾延龄E-mail:ylai@mail.csu.edu.cn中南大学材料电子显微分析技术绪论材料科学与工程学院艾延龄E-mail:ylai@mail.csu.edu.cn主要参考书目陈世朴，王永瑞.《金属电子显微分析》，机械工业出版社，1982周玉，武高辉.《材料分析测试技术——材料X射线衍射与电子显微分析》，哈尔滨工业大学出版社，1998刘文西,陈玉如.《材料结构电子显微分析》，天津大学出版社1989郭可信，叶恒强，吴玉昆.《电子衍射图在材料科学中的应用》，科学出版社1

2、983黄孝瑛.《透射电子显微学》，上海科学技术出版社，1980郭可信、叶恒强.《高分辨电子显微学在固体科学中的应用》，科学出版社1985进藤大辅，平贺贤二著，刘安生译.《材料评价的高分辨电子显微方法》，冶金工业出版社1998DavidB.WilliamsandC.BarryCarter.TransmissionElectronMicroscopy.PlenumPress,NewYork,1996本课程的几个概念电子显微镜(ElectronMicroscope)透射电子显微镜(TransmissionEle

3、ctronMicroscope)扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope)电子显微学(ElectronMicroscopy)透射电子显微学(TransmissionElectronMicroscopy)材料电子显微分析技术这门课程研究的内容是与电子显微镜有关的科学和技术。所以我们首先要搞清楚什么是电子显微镜？它是怎样发展起来的？为什么要发展这样一种仪器？它有哪些优缺点？电子显微镜的发展过程及其最新进展如何？什么是显微镜？显微镜是用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜是

4、一种借助物理方法产生物体放大影象的仪器单式显微镜（只有一个透镜）：如放大镜等；复式显微镜（有物镜和目镜）：如我们现在比较熟悉的显微镜。aa)第一台显微镜（詹森显微镜）b)列文.虎克显微镜(十七世纪中叶)c)十九世纪的显微镜d)现代的显微镜bcd问题：大家用过的光学显微镜中，最大可以放大到多少倍？从理论上来讲，只要我们愿意，我们可以通过增加透镜等方法使光学显微镜的放大倍数达到无穷大，这在工艺上没有任何问题，但为什么不这样做？涉及到一个重要的概念：光学仪器的分辨本领和分辨率圆孔的夫琅禾费衍射示意图（a）和衍射圆斑（b

5、）衍射圆斑中以第一暗环为周界的中央亮斑的光强度约占通过透镜总光强的百分之八十以上，这个中央亮斑被称之为埃里斑。显微镜的最小分辨距离由瑞利公式给出：0.61r0nsin其中：Δr0：最小可分辨距离；λ：光源的波长；n：物点和透镜之间的折射率；α：孔径半角，即透镜对物点的张角的一半；nsinα称为数值孔径，用N.A表示。α孔径半角示意图0.61r0nsin从上面的公式可以看出，显微镜的分辨本领与人的眼睛和其它记录装置没有任何关系。而仅仅取决于公式中的三个参数，对于光学显微镜而言，孔径半角一般最大可以做到7

6、0~75◦，n的值也不可能很大，因此有的书上将分辨率写成不成超过所用光源波长的二分之一。光学显微镜中，可见光的波长在390~760nm之间，因此我们认为普通光学显微镜的分辨率不会超过200nm（0.2μm）。正常人眼的分辨能力接近0.1mm，但真正要能清楚地区分两个点，到0.2mm足够了。因此普通的光学显微镜有1000倍就差不多了，但考虑到人与人之间的差别，一般光学显微镜的最大放大倍数在1500~2000倍。紫外显微镜和油浸显微镜的最大放大倍数要大于这个值。既然是光源的波长限制了显微镜的放大倍数，那么要造出放大倍数更

7、大的显微镜，首先应该选择合适的光源，而电子波正是这样一种理想的光源。常用TEM的电子波长与加速电压的关系：加速电压/kV100120200300400电子波长/Å0.0370.03350.02510.01970.0164电子显微镜的定义：电子显微镜(electronmicroscope，EM)一般是指利用电磁场偏折、聚焦电子及电子与物质作用所产生散射之原理来研究物质构造及微细结构的精密仪器。近年来，由於电子光学的理论及应用发展迅速，此项定义已嫌狭窄，故重新定义其为一项利用电子与物质作用所产生之讯号来鉴定微区域晶体结

8、构(crystalstructure，CS)、微细组织(microstructure，MS)、化学成份(chemicalcomposition，CC)、化学键结(chemicalbonding，CB)和电子分布情况(electronicstructure，ES)的电子光学装置。用电子光学仪器研究物质组织、结构、成份的技术称为电子显微术。Fro