透射电镜基本成像操作及像衬度

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年08月16日

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  透射电镜根基成像操作及像衬度 目次 成像操作 像衬度 2 成像操作 1 明场成像 成像操作 2 暗场成像 3 核心暗场成像 5 1.明场成像和暗场成像 操纵投射到荧光屏上的选区衍射谱能够进行透射电镜的两种最根基的成像操作。 晶体样品或非晶体样品,其选区衍射谱上必具有一个由直射电子束构成的 核心亮斑以及一些散射电子。 我们能够选直射电子也能够选部门离射电子来成像。这种成像电子的选择 是通过在物镜背焦面上插入物镜光栏来实现的。 1.明场成像和暗场成像 选用直射电子(透射束)构成的像称为明场像,选用散射电子(衍射束)构成 的像称为暗场像。 暗场成像有两种方式:偏疼暗场像与核心暗场像。 1.明场成像和暗场成像 因为成像电子束偏离了透射电镜的光轴而形成较大的像差并在成像时难以聚焦,成 像质量较差。在透射电镜中,为了获得高质量的暗场像,人们老是采纳“核心暗场 成像”,即将入射电子束反向倾斜一个响应的散射角度,而使散射电子沿光轴传布。 对晶体样品而言,如明场成像时 ( HKL) 晶面 组恰与入射标的目的交成切确的布拉格角θ,而其 余晶面组均与衍射前提具有较大误差,此时除 透射束外只要一个强的衍射束即 ( HKL) 衍射 束,即形成所谓的“双光束前提”。在此前提 下,通过束倾斜,使入射束沿原先的 ( HKL) 衍射束标的目的入射,即将核心黑点移至( HKL) 衍 射黑点位置。此时,( HKL) 晶面组将偏离布拉 格前提,而 (H K L) 晶面组与入射束交成精确 的布拉格角,其衍射束与光轴平行,正好通过 光栏孔,而透射束和其他衍射束均被挡掉,如 图9-17(c)。 7 2.像衬度 像衬度是图像上分歧区域间明暗程度的不同。恰是因为图像上分歧区域间具有明暗 程度的不同即衬度的具有,才使得我们能察看到的各类具体的图像。 透射电镜的像衬度与所研究的样品材料本身的组织布局、所采用的成像操作体例和 成像前提相关。 透射电镜的像衬度来历于样品对入射电子束的散射。当电子波穿越样品时,其振幅 和相位都将发生变化,这些变化都能够发生像衬度。 质厚衬度 透射电镜 像衬度 非晶体样品衬度 振幅衬度 衍射衬度 相位衬度 晶体样品衬度 图1 透射电镜像衬度分类 8 2.像衬度 质厚衬度 透射电镜 像衬度 振幅衬度 衍射衬度 晶体样品衬度 非晶体样品衬度 相位衬度 图1 透射电镜像衬度分类 1.相位衬度 当透射束和至多一束衍射束同时通过物镜光栏参与成像时,因为透射束 与衍射束的彼此干与,构成一种反映晶体点阵周期性的条纹像和布局像,这 种像衬的构成是透射束和衍射束相位相关的成果,故称相位衬度。 2. 振幅衬度 振幅衬度是因为入射电子通过试样时,与试样内原子发生彼此感化而发 生振幅的变化,惹起反差。振幅衬度次要有质厚衬度和衍射衬度两种。 质厚衬度 质厚衬度 定义:非晶体样品透射电子显微图像衬度是因为样品分歧微区间具有原子序数或 厚度的差别而构成的,即质量厚度衬度,简称质厚衬度。 道理:质厚衬度是成立在非晶体样品华夏子对入射电子的散射和透射电子显微镜 小孔径角成像根本上的成像道理。对于非晶体样品来说,入射电子透过样品时碰 到的原子数目越多(或样品越厚),样品的原子核库仑力场越强(或样品原子序 数越大或密度越大),被散射到物镜光阑外的电子就越多,而通过物镜光阑参与 成像的电子强度也就越低。 这是由于电子穿过样品时,通过与原子核 的弹性感化被散射而偏离光轴,弹性散射 截面是原子序数的函数。此外,随样品厚 度添加,将发生更多的弹性散射。所以, 样品上原子序数较高或样品较厚的区域 (较黑)比原子序数较低或样品较薄的区 域(较亮)将使更多的电子散射而偏离光 轴,如图9-18所示。 质厚衬度 透射电镜老是采用小孔径角成像,在图9-18所示的明场成像即在垂直入射并使光 栏孔置于光轴位置的成像前提下,偏离光轴必然程度的散射电子将被物镜光栏挡 掉,使落在像平面上响应区域的电子数目削减(强度较小),原子序数较高或样 品较厚的区域在荧光屏上显示为较暗区域。 反之,质量或厚度较低的区域对应于荧光屏上较 亮的区域。所以,图像上的明暗程度的变化反映 了样品上响应区域的原子序数(质量)或样品厚 度的变化。 此外,也能够操纵任何散射电子来构成显示质厚 衬度的暗场像。明显,在暗场成像前提下,样品 上较厚或原子序数较高的区域在荧光屏上显示为 较亮区域。 质厚衬度遭到透射电子显微镜物镜光栏孔径和加 速电压的影响。 衍射衬度 电子衍射道理 由X射线衍射道理我们得出布拉格方程的一般形式为 2d sin ? ? ? 由于 sin ? ? ? 2d ?1 所以 ? ? 2d 这申明,对于给定的晶体样品,只要当入射波长足够短时,才能发生衍射。 而对于电镜的照明光源——高能电子束来说,比X射线更容易满足。凡是的 透射电镜的加快电压为100~200kV,即电子波的波长为10-2~10-3nm数量级, 而常见晶体的晶面间距为100~10-1nm数量级,于是 sin ? ? ? 2d ? 10 ? 2 ? ? 10?2 rad< 1? 这表白,电子衍射的衍射角老是很是小,这是它的花腔特征之所以区别X射线衍 射的次要缘由。 电子衍射道理 (a)单晶体---陈列十分划一的很多黑点 (b)多晶体---一系列分歧半径的齐心圆环 (c)非晶------一个漫散的核心黑点 (d)准晶 (d) 准晶 衍射衬度 定义:对晶体样品,电子将发生相关散射即衍射。所以,在晶体样品的成像 过程中,起决定感化的是晶体对电子的衍射。由样品遍地衍射束强度的差别 构成的衬度称为衍射衬度。 衍射强度影响要素:晶体取向和布局振幅。对没有成分差别的单相材料,衍 射衬度是由样品遍地满足布拉格前提程度的差别形成的。 衍衬成像和质厚衬度成像的主要不同:在构成显示质厚衬度的暗场像时,可 以操纵肆意的散射电子。而构成显示衍射衬度的明场像或暗场像时,为获得 高衬度高质量的图像,老是通过倾斜样品台获得所谓“双束前提”,即在选 区衍射谱上除强的直射束外只要一个强衍射束。 衍射衬度 以单相的多晶体薄膜样品为例。 设想薄膜内有两颗晶粒A和B,它们之间的唯 一不同在于它们的晶粒学位向分歧。若是在 入射电子束映照下,B晶粒的某 (hkl) 晶面 组刚好与入射标的目的交成切确的布拉格角 ? B , 而其余的晶面均与衍射前提具有较大的误差, 即B晶粒的位向满足“双光束前提”。此时, 在B晶粒的选区衍射花腔中, hkl 黑点出格 亮,也即其 (hkl) 晶面的衍射束最强。若是 假定对于足够薄的样品,入射电子遭到的吸 见效应可不予考虑,且在所谓“双光束前提” 下忽略所有其他较弱的衍射束,则强度为 I 0 的入射电子束在B晶粒区域内颠末散射之后, 将成为强度为 I hkl 的衍射束和强度为 ?I 0 ? I hkl ? 的透射束两个部门。 衍射衬度 同时,设想与B晶粒位向分歧的A晶粒内所有晶面组,均与布拉格前提具有 较大的误差,即在A晶粒的选区衍射花腔中将不呈现任何衍射黑点而只要中 心透射黑点,或者说其所有衍射束的强度均可视为零。于是,A晶粒区域的 透射束强度仍近似等于入射束 强度 I 0。 因为在电子显微镜中样品的第一幅衍射花腔出此刻物镜的背焦面上,所以若 在这个平面上加进一个尺寸足够小的物镜光阑,把B晶粒的 hkl 衍射束挡掉, 只让透射束通过光阑孔并达到像平面,则形成样品的第一幅放大像。此时, 两颗晶粒的像亮度将有分歧。 由于 I A ? I0 I B ? I 0 ? I hkl ? 0 如以A晶粒亮度IA为布景强度,则B晶粒的像衬度为 I A - I B I hkl ? ?I ? ? ? ? ? IA I0 ? I ?B 于是我们在荧光屏大将会看到,B晶粒较暗而A晶粒较亮。 这种让透射束通过物镜光阑而把衍射束挡掉获得的图像衬度,叫明场成像。 衍射衬度 习惯上常以另一种体例发生暗场像,即把入射电子束标的目的倾斜2θ角度,使B晶 粒的 (hk l ) 晶面组处于强烈衍射的位向,而物镜光阑仍在光轴位置。此时只要 B晶粒的 (hk l ) 衍射束正好通过光阑孔,而透射束被挡掉,这叫做核心暗场成像 方式。 B晶粒的像亮度为 I B ? I HKL ,而A晶粒因为在该 标的目的的散射度极小,像亮度几乎近于零,图像的 衬度特征刚好与明场像相反,B晶粒较亮而A晶 粒很暗。 在衍衬成像方式中,某一最合适布拉格前提的 (hkl) 晶面组强衍射束起着十分环节的感化, 由于它间接决定了图像的衬度。 Thank you ! 感谢抚玩

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