材料测试分析技术2(电子显微分析)-01

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1、电子显微分析电子显微分析是利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成包括：用透射电子显微镜进行的透射电子显微分析用扫描电子显微镜进行的扫描电子显微分析用电子探针仪进行的X射线显微分析电子显微分析是材料科学的重要分析方法之一，它与其它的形貌、结构、成分分析方法相比具有如下特点：在极高放大倍率下直接观察试样的形貌、结构、选择分析区域；是一种微区分析方法，具有高的分辨率，成像分辨率达到0.2-0.3nm；同时进行形貌、物相、晶体结构和化学组成的综合分析电子显微分析电子

2、显微镜光学基础电子与固体物质的相互作用透射电子显微分析扫描电子显微分析电子探针X射线显微分析§1电子显微镜光学基础一、光学显微镜的局限性二、电子的波性及波长三、电子在电磁场中的运动和电子透镜四、电磁透镜的像差和理论分辨本领五、电磁透镜的场深和焦深分辨本领有限一、光学显微镜的局限性—由于光的衍射，使得由物平面内的点O1、O2在象平面形成一B1、B2圆斑（Airy斑）。若O1、O2靠的太近，过分重叠，图象就模糊不清。I图（c）两个Airy斑明显可分辨出。图（d）两个Airy斑刚好可分辨出。图（e）两个Airy斑分辨不

3、出。0.81I分辨率：显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离。以物镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。光学透镜分辨本领：r——照明束波长，α——透镜孔径半角，n——介质折射率，n·sinα或N·A——数值孔径。可见光的波长有限，光学显微镜的分辨本领不能更大的提高。若用波长最短的可见光(λ=400nm)作照明源，则r≈200nm透镜的分辨本领主要取决于照明束波长λ。200nm是光学显微镜分辨本领的极限肉眼的分辨本领约为0.1mm～0.2mm增大数值孔径困难且有限染色后的洋葱表皮细胞血液涂片（嗜碱性粒细胞——在血液中的

4、含量最少只有0%-1%）用光学显微镜来揭示更小粒子的显微组织结构是不可能的人类血细胞SEM照片夜蛾复眼的扫描电子显微照片各种常见植物的花粉具有更高分辨率的电子显微镜：照明源—电子束比可见光波长更短的有：1）紫外线—会被物体强烈的吸收；2）X射线—无法使其会聚；3）电子波电子显微镜的照明光源是电子射线。与可见光相似，运动的电子也具有波、粒二象性。DeBroglie公式：DeBroglie波：加速电子的动能与电场加速电压的关系为：二、电子的波性及波长P—动量m—电子质量h—普朗克常数—波长v—电子运动的速度—电子

5、的速度V—加速电压m—电子静止质量与V的关系式加速电压较低时加速电压较高时电子束的波长随电子枪加速电压的增高而减小当加速电压为100kV时，电子束的波长约为可见光波长的十万分之一。因此，若用电子束作照明源，显微镜的分辨本领要高得多。三、电子在电磁场中的运动和电子透镜可见光用玻璃透镜聚焦。旋转对称的静电场或磁场也可对电子束起到聚焦的作用。电子束的聚焦装置是电子透镜电子透镜分为：静电透镜和磁透镜。电子在静电场中受到电场力的作用将产生加速度。初速度为0的自由电子从零电位到达V电位时，电子的运动速度v为：即加速电压的大

6、小决定了电子运动的速度。1.电子在静电场中的运动电子在静电场中运动方式与光的折射现象十分相似，并且当电子从低电位区V1进入高电位区V2时，折射角,也即电子的运动轨迹趋向于法线。反之电子的轨迹将离开法线。与玻璃的凸透镜可以使光线聚焦成像相似，一定形状的等电位曲面簇也可以使电子束聚焦成像。产生这种旋转对称等电位曲面簇的电极装置即为静电透镜。2、静电透镜静电透镜的缺点：焦距太长在现代电子显微镜中，除在电子枪中用来使电子束汇聚成形外，已不再使用静电透镜聚焦成像，而改为使用磁透镜对电子束聚焦成像。3.磁透镜电荷在磁场中运动

7、时会受到洛仑兹力的作用，其表达式为：电子在磁场中的运动V//B，F=0,电子在磁场中不受磁场力，运动速度大小和方向不变；V┴B，F=evB（最大值），电子在与磁场垂直的平面内作匀速圆周运动；V与B成θ角，电子在磁场内作螺旋运动；带电粒子在匀强磁场中的运动V┴BV与B成θ角电子在磁场中收到的洛伦兹力为：方向：左手定则（反平行于的方向）大小：磁聚焦原理AA’当带电粒子的速度v与B的夹角很小、各粒子速率v大致相同时，这些粒子具有相同的螺距。经一个回转周期后，他们各自经过不同的螺距轨道重新会聚到A‘点。在匀强磁场中某点A

8、处有一束带电粒子发散粒子依靠磁场作用会聚于一点的现象称为磁聚焦。实际应用中，更多利用的是非匀强磁场对电子束进行聚焦。磁透镜产生的旋转对称的磁场对电子束有聚焦作用，能使电子束聚焦成像磁透镜磁透镜:产生旋转对称非均匀磁场的线圈装置磁透镜的光学性质f-焦距；L1-物距；L2-像距；M-放大倍数K、D、V、F-与实验条件及设备装置有关的常数；IN-线圈的安匝数。I-通过线圈的电流