材料測試復(fù)習(xí)2

1、2.4X射線衍射分析方法射線衍射分析方法總結(jié)總結(jié)?衍射儀法的特點(diǎn)衍射儀法的特點(diǎn):試樣是平板狀試樣是平板狀存在兩個圓存在兩個圓(測角儀圓測角儀圓聚焦圓聚焦圓)?衍射是那些平行于試樣表面的平面提供的衍射是那些平行于試樣表面的平面提供的相對強(qiáng)度計(jì)算公式不同相對強(qiáng)度計(jì)算公式不同?接收射線是輻射探測器接收射線是輻射探測器(正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器…)?測角儀圓的工作特點(diǎn)測角儀圓的工作特點(diǎn):試樣與探測器以試樣與探測器以1:2的角速度轉(zhuǎn)動的角速度轉(zhuǎn)動射線

2、源射線源試樣和探測器三者應(yīng)始終位于聚焦圓上試樣和探測器三者應(yīng)始終位于聚焦圓上一.勞厄法勞厄法:在衍射實(shí)驗(yàn)時，單晶體不動，在衍射實(shí)驗(yàn)時，單晶體不動，采用連續(xù)采用連續(xù)X光作入射光束。光作入射光束。方法方法范圍范圍??Laue法單晶單晶變化變化固定固定轉(zhuǎn)晶法轉(zhuǎn)晶法單晶單晶固定固定變化變化粉晶法粉晶法多晶多晶固定固定變化變化重點(diǎn)學(xué)習(xí)粉晶法重點(diǎn)學(xué)習(xí)粉晶法一、多晶體分析方法一、多晶體分析方法粉末法所有衍射法中應(yīng)用最廣的一種方法。它是以單色粉末法所有

3、衍射法中應(yīng)用最廣的一種方法。它是以單色X射線照射粉末試樣射線照射粉末試樣(真正的粉末或多晶試樣真正的粉末或多晶試樣)。粉末法主粉末法主要可以分為：要可以分為：?德拜－謝樂德拜－謝樂(DebyeScherre)照相法照相法特點(diǎn)：圓絲狀試樣，用乳膠片記錄衍射據(jù)特點(diǎn)：圓絲狀試樣，用乳膠片記錄衍射據(jù)?粉末衍射儀法粉末衍射儀法特點(diǎn)：用電子探測器記錄衍射數(shù)據(jù)特點(diǎn)：用電子探測器記錄衍射數(shù)據(jù)德拜相機(jī)德拜相機(jī)?德拜相機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，主要由相機(jī)圓筒、光欄、承光

4、管和位于圓筒中心的試樣架構(gòu)成。相機(jī)圓筒上下有結(jié)合緊密的德拜相機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，主要由相機(jī)圓筒、光欄、承光管和位于圓筒中心的試樣架構(gòu)成。相機(jī)圓筒上下有結(jié)合緊密的底蓋密封，與圓筒內(nèi)壁周長相等的底片，圈成圓圈緊貼圓筒內(nèi)壁安裝，并有卡環(huán)保證底片緊貼圓筒底蓋密封，與圓筒內(nèi)壁周長相等的底片，圈成圓圈緊貼圓筒內(nèi)壁安裝，并有卡環(huán)保證底片緊貼圓筒?相機(jī)圓筒常常設(shè)計(jì)為內(nèi)圓周長為相機(jī)圓筒常常設(shè)計(jì)為內(nèi)圓周長為180mm和360mm，對應(yīng)的圓直徑為，對應(yīng)的圓直徑為φ5

5、7.3mm和φ114.6mm。?這樣的設(shè)計(jì)目的這樣的設(shè)計(jì)目的是使底片在長度方向上每毫米對應(yīng)圓心角是使底片在長度方向上每毫米對應(yīng)圓心角2和1，為將底片上測量的弧形線對距離，為將底片上測量的弧形線對距離2L折算成折算成2θ角提供方便。角提供方便。?德拜法的試樣制備德拜法的試樣制備?首先，試樣必須具有代表性；其次試樣粉末尺寸大小要適中，第三是試樣粉末不能存在應(yīng)力首先，試樣必須具有代表性；其次試樣粉末尺寸大小要適中，第三是試樣粉末不能存在應(yīng)力?

6、德拜法中的試樣尺寸為德拜法中的試樣尺寸為φ0.40.8510mm的圓柱樣品。制備方法有：（的圓柱樣品。制備方法有：（1）用細(xì)玻璃絲涂上膠水后，捻動玻璃絲粘）用細(xì)玻璃絲涂上膠水后，捻動玻璃絲粘結(jié)粉末。結(jié)粉末。（2）采用石英毛細(xì)管、玻璃毛細(xì)管來制備試樣。將粉末填入石英毛細(xì)管或玻璃毛細(xì)管中即制成試樣。）采用石英毛細(xì)管、玻璃毛細(xì)管來制備試樣。將粉末填入石英毛細(xì)管或玻璃毛細(xì)管中即制成試樣。（3）用膠水將粉末調(diào)成糊狀注入毛細(xì)管中，從一端擠出用膠水將

7、粉末調(diào)成糊狀注入毛細(xì)管中，從一端擠出23mm長作為試樣。長作為試樣。?德拜法的實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇德拜法的實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇根據(jù)吸收規(guī)律，所選擇的陽極靶產(chǎn)生的根據(jù)吸收規(guī)律，所選擇的陽極靶產(chǎn)生的X射線不會被試樣強(qiáng)烈地吸收，即射線不會被試樣強(qiáng)烈地吸收，即Z靶≤Z樣1在確定了靶材后，選擇濾波片的原則是：在確定了靶材后，選擇濾波片的原則是：?當(dāng)Z靶≤40時，時，Z濾=Z靶1；當(dāng)Z靶40時，時，Z濾=Z靶–2，?X射線衍射儀射線衍射儀?X射線衍射儀的主要組成部

8、分有射線衍射儀的主要組成部分有X射線衍射發(fā)生裝置、射線衍射發(fā)生裝置、測角儀測角儀、輻射探測器和測量系統(tǒng)，除主要組成部分外，還有、輻射探測器和測量系統(tǒng)，除主要組成部分外，還有計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等。計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等。?測角儀測角儀?測角儀圓中心是樣品臺測角儀圓中心是樣品臺H。樣品臺可以繞中心。樣品臺可以繞中心O軸轉(zhuǎn)動。平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺軸轉(zhuǎn)動。平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺H上，并保證試樣被照上，并保證試樣被照射的表面與射的表面與O

9、軸線嚴(yán)格重合。軸線嚴(yán)格重合。?測角儀圓周上安裝有測角儀圓周上安裝有X射線輻射探測器射線輻射探測器D，探測器亦可以繞，探測器亦可以繞O軸線轉(zhuǎn)動。軸線轉(zhuǎn)動。?工作時，探測器與試樣同時轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度為工作時，探測器與試樣同時轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度為2：1的比例關(guān)系。的比例關(guān)系。?設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)2:1的角速度比的角速度比，樣品轉(zhuǎn)過，樣品轉(zhuǎn)過θ角，其某組晶面滿足角，其某組晶面滿足Bragg條件，探測器必須轉(zhuǎn)動條件，探測器必須轉(zhuǎn)動2θ才能感受到衍射線

10、才能感受到衍射線.目的是目的是確保探測的衍射線與入射線始終保持確保探測的衍射線與入射線始終保持2θ的關(guān)系，即入射線與衍射線以試樣表示法線為對稱軸，在兩側(cè)對稱分布。的關(guān)系，即入射線與衍射線以試樣表示法線為對稱軸，在兩側(cè)對稱分布。?這樣輻射探測器接收到的衍射是那些與試樣表示平行的晶面產(chǎn)生的衍射。這樣輻射探測器接收到的衍射是那些與試樣表示平行的晶面產(chǎn)生的衍射。當(dāng)然，同樣的晶面若不平行與試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進(jìn)不了探測器，不能被接受

11、。當(dāng)然，同樣的晶面若不平行與試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進(jìn)不了探測器，不能被接受。?3、靈敏度高，成像分辨率高，為、靈敏度高，成像分辨率高，為0.20.3nm，能進(jìn)行，能進(jìn)行nm尺度的晶體結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成分析。尺度的晶體結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成分析。?4、各種電子顯微分析儀器日益向多功能、綜合性發(fā)展，可以進(jìn)行形貌、物相、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成等的綜合分析。、各種電子顯微分析儀器日益向多功能、綜合性發(fā)展，可以進(jìn)行形貌、物相、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成等的綜

12、合分析。?第一節(jié)第一節(jié)電子光學(xué)基礎(chǔ)電子光學(xué)基礎(chǔ)?一、光學(xué)顯微鏡的分辨力一、光學(xué)顯微鏡的分辨力?阿貝原理阿貝原理r——分辨本領(lǐng)（分辨本領(lǐng)（nm）λ——照明源的波長（照明源的波長（nm）n——透鏡上下方介質(zhì)的折射率透鏡上下方介質(zhì)的折射率α——透鏡孔徑透鏡孔徑半角（度）半角（度）nsinα——數(shù)值孔徑，用數(shù)值孔徑，用NA表示表示?由上式可知，減小由上式可知，減小r值的途徑有：值的途徑有：1、增加介質(zhì)的折射率；、增加介質(zhì)的折射率；2、增大物鏡孔

13、徑半角；、增大物鏡孔徑半角；3、采用短波長的照明源。、采用短波長的照明源。?對于光學(xué)透鏡，當(dāng)對于光學(xué)透鏡，當(dāng)n?sinα做到最大時（做到最大時（n≈1.5，α≈7075）分辨本領(lǐng)極限為）分辨本領(lǐng)極限為?除了電磁波譜外，在物質(zhì)波中，電子波不僅具有短波長，而且存在使之發(fā)生折射聚焦的物質(zhì)。所以電子波可以除了電磁波譜外，在物質(zhì)波中，電子波不僅具有短波長，而且存在使之發(fā)生折射聚焦的物質(zhì)。所以電子波可以作為照明光源，由此形成電子顯微鏡。作為照明光源

14、，由此形成電子顯微鏡。?二、電子波的波長二、電子波的波長?根據(jù)德布羅意的觀點(diǎn)，運(yùn)動的電子除了具有粒子性外，還具有波動性。這一點(diǎn)上和可見光相似。電子波的波長取決根據(jù)德布羅意的觀點(diǎn)，運(yùn)動的電子除了具有粒子性外，還具有波動性。這一點(diǎn)上和可見光相似。電子波的波長取決于電子運(yùn)動的速度和質(zhì)量，電子波長的表達(dá)式于電子運(yùn)動的速度和質(zhì)量，電子波長的表達(dá)式?m電子質(zhì)量電子質(zhì)量v電子速度電子速度h普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)?電子的質(zhì)量在較低的運(yùn)動速度下近似等于電子

15、靜止質(zhì)量電子的質(zhì)量在較低的運(yùn)動速度下近似等于電子靜止質(zhì)量。電子運(yùn)動速度，它和加速電壓。電子運(yùn)動速度，它和加速電壓V之間存在如下關(guān)系：之間存在如下關(guān)系：???式中式中e為電子所帶電荷，為電子所帶電荷，e=1.61019Ch普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)=6.6261034J.sm電子質(zhì)量電子質(zhì)量=9.111031Kg?三、電子在電場中的運(yùn)動與電子透鏡三、電子在電場中的運(yùn)動與電子透鏡?在電子顯微分析中使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)、聚焦的裝置在電子顯微分析中使電子

16、束發(fā)生偏轉(zhuǎn)、聚焦的裝置——電子透鏡電子透鏡。?按工作原理分：（按工作原理分：（1）靜電透鏡）靜電透鏡（2）電磁透鏡（）電磁透鏡（3）TEM、SEM：多個電磁透鏡的組合。：多個電磁透鏡的組合。?電磁透鏡成像電磁透鏡成像?光學(xué)透鏡成像時，物距光學(xué)透鏡成像時，物距L1、像距、像距L2和焦距和焦距f三者之間滿足如下關(guān)系：三者之間滿足如下關(guān)系：?（37）?電磁透鏡成像時也可以應(yīng)用式（電磁透鏡成像時也可以應(yīng)用式（37）。所不同的是，光學(xué)透鏡的焦距是

17、固定不變的，而電磁透鏡的焦距是可變的。。所不同的是，光學(xué)透鏡的焦距是固定不變的，而電磁透鏡的焦距是可變的。電磁透鏡焦距電磁透鏡焦距f常用的近似公式為：常用的近似公式為：?（38）?式中是式中是K常數(shù)，常數(shù)，V電子加速電壓，電子加速電壓，D極靴孔徑、極靴孔徑、（IN）是電磁透鏡的激磁安匝數(shù)。）是電磁透鏡的激磁安匝數(shù)。F透鏡的結(jié)構(gòu)系數(shù)透鏡的結(jié)構(gòu)系數(shù)?由式（由式（38）可以發(fā)現(xiàn)，改變激磁電流可以方便地改變電磁透鏡的焦距。而且電磁透鏡的焦距總是

18、正值，這意味著電）可以發(fā)現(xiàn)，改變激磁電流可以方便地改變電磁透鏡的焦距。而且電磁透鏡的焦距總是正值，這意味著電磁透鏡不存在凹透鏡，只是可變焦的凸透鏡（會聚透鏡）磁透鏡不存在凹透鏡，只是可變焦的凸透鏡（會聚透鏡）。?四、電磁透鏡的像差及其對分辨率的影響四、電磁透鏡的像差及其對分辨率的影響?按式（按式（32）最佳的光學(xué)透鏡分辨率是波長的一半。對于電磁透鏡來說，目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到分辨率是波長的一半。）最佳的光學(xué)透鏡分辨率是波長的一半。對于電磁透

19、鏡來說，目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到分辨率是波長的一半。以日立以日立H800透射電鏡為例，其加速電壓達(dá)是透射電鏡為例，其加速電壓達(dá)是200KV，若分辨率是波長的一半，那么它的分辨率應(yīng)該是，若分辨率是波長的一半，那么它的分辨率應(yīng)該是0.00125nm；實(shí)際上；實(shí)際上H800透射電鏡的點(diǎn)分辨率是透射電鏡的點(diǎn)分辨率是0.45nm，與理論分辨率相差約，與理論分辨率相差約360倍。倍。?什么原因?qū)е逻@樣的結(jié)果呢？原來電磁透鏡也和光學(xué)透鏡一樣，除了衍射效應(yīng)對

20、分辨率的影響外，還有像差對分辨什么原因?qū)е逻@樣的結(jié)果呢？原來電磁透鏡也和光學(xué)透鏡一樣，除了衍射效應(yīng)對分辨率的影響外，還有像差對分辨率的影響。由于像差的存在，使得電磁透鏡的分辨率低于理論值。電磁透鏡的像差包括球差、像散和色差。率的影響。由于像差的存在，使得電磁透鏡的分辨率低于理論值。電磁透鏡的像差包括球差、像散和色差。?1、球差、球差?球差是因?yàn)殡姶磐哥R近軸區(qū)域磁場和遠(yuǎn)軸區(qū)域磁場對電子束的折射能力不同而產(chǎn)生的。球差是因?yàn)殡姶磐哥R近軸區(qū)域磁

21、場和遠(yuǎn)軸區(qū)域磁場對電子束的折射能力不同而產(chǎn)生的。原來的物點(diǎn)是一個幾何點(diǎn)，由于球差的影響現(xiàn)在變成了半徑為原來的物點(diǎn)是一個幾何點(diǎn)，由于球差的影響現(xiàn)在變成了半徑為rS的漫散圓斑。我們用的漫散圓斑。我們用rS表示球差大小，計(jì)算公式為：表示球差大小，計(jì)算公式為：??球差是像差影響電磁透鏡分辨率的主要因素，它還不能象光學(xué)透鏡那樣通過凸透鏡、凹透鏡的組合設(shè)計(jì)來補(bǔ)償或矯正。球差是像差影響電磁透鏡分辨率的主要因素，它還不能象光學(xué)透鏡那樣通過凸透鏡、凹透鏡