文档介绍：第二章电子显微分析
Electron Micro-Analysis
研究对象
微结构与显微成分
微结构与性能的关系
微结构形成的条件与过程机理
材料的性能由微结构所决定,人们可通过控制材料的微结构,使其形成预定的结构, 从而具有所希望的性能。
电子显微分析是利用聚焦电子束与式样物质相互作用产生各种物理信号,分析式样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成。
方法:
1、透射电镜(TEM)
2、扫描电镜(SEM)
3、电子探针(EMPA)
光学显微镜
优点: 简单,直观。
局限性:分辨本领低();只能观察表面形貌;不能做微区成分分析。
化学分析
优点: 简单, 方便。
局限性:只能给出试样的平均成分,不能给出所含元素随位置的分布;不能观察象。
X射线衍射:
优点:精度高;分析样品的最小区域mm数量级;
局限性:平均效应;无法把形貌观察与晶体结构分析结合起来。
电子显微分析特点:
1、不破坏样品,直接用陶瓷等多晶材料。
2、是一种微区分析方法,了解成分-结构的微区变化。
3、灵敏度高,成像分辨率高,-,能进行nm尺度的晶体结构及化学组成分析。
4、各种电子显微分析仪器日益向多功能、综合性发展,可以进行形貌、物相、晶体结构和化学组成等的综合分析。
第一节电子光学基础
一、光学显微镜的分辨率
雷列—阿贝公式:
r=
式中:r——分辨本领
λ——照明源的波长(nm)
n——透镜上下方介质的折射率
α——透镜孔径半角(度)
nsinα——数值孔径,用N·A表示
由上式可知,减小r值的途径有:
1、增加介质的折射率;
2、增大物镜孔径半角;
3、采用短波长的照明源。
二、电子波的波长
德布罗意的波粒二象性关系式:
E=hµ,
P=h/λ
可得λ=h/P=h/mv
带入数值可得电子波长为λ=½ (Ǻ)
三、电子透镜
在电子显微分析中使电子束发生偏转、聚焦的装置。
按工作原理分:
(1)静电透镜:一定形状的等电位曲面簇也可使电子束聚焦成像。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)电磁透镜:旋转对称的电磁场使电子束聚焦。产生这种旋转对称磁场的线圈装置叫电磁透镜。
(3)TEM、SEM:多个电磁透镜的组合。
电磁透镜是一种可变焦距或可变倍率的会聚透镜。
四、影响透镜分辨率的因素:
1、球差
球差是由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束的会聚能力不同而造成的。透镜球差图
2、色差
普通光学中不同波长的光线经过透镜时,因折射率不同,将在不同点上聚焦,由此引起的像差称为色差。电镜色差是电子波长差异产生的焦点漂移。
透镜色差图