TEM的三种像衬度

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年08月02日

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  TEM的三种像衬度

  透射电镜的图像衬度及其使用透射电镜的图像衬度是指荧光屏或拍照底板上图像的明暗程度. 又叫 口角反差, 或叫对比度。因为图像上分歧区域衬度的不同,才使得材料微 观组织阐发成为可能。只要领会图像衬度的构成机制,才能对各类图像给 予准确注释。 透射电子显微像有三种衬度类型,别离为质厚衬度,衍射 5.1质厚衬度道理 试样各部门质量与厚度分歧形成的显微像上的明暗不同叫质厚衬度。 复型和非晶态物质试样的衬度是质厚衬度. 1.试样原子对入射电子的散射2.小孔径角成象。把散射角大于α 的电子挡掉,只答应散射角小于α 的电子通过物镜光阑参与成象。 相位衬度 衍射衬度是一种振幅衬度,它是电子波在样品下概况强度(振幅)差 异的反映,衬度来历次要有以下几种: 1.两个晶粒的取向差别使它们偏离布拉格衍射的程度分歧而构成的衬 2.缺陷或应变场的具有,使晶体的局部发生畸变,从而使其布拉格前提改变而构成的衬度; 3.微区元素的富集或第二相粒子的具有,有可能使其晶面间距发生变 化,导致布拉格前提的改变从而构成衬度,还包罗第二相因为布局因子的 变化而显示衬度; 4.等厚条纹,完整晶体中随厚度的变化而显示出来的衬度; 5.等倾条纹,在完整晶体中,因为弯曲程度分歧(偏离矢量分歧)而 惹起的衬度. 1.3 衍射衬度成像的特点 1.衍衬成像是单束、无干与成像,获得的并不是样品的实在像,可是, 衍射衬度像上衬度分布反映了样品出射面各点处成像束的强度分布,它是 入射电子波与样品的物质波交互感化后的成果,照顾了晶体散射体内部的 布局消息,出格是缺陷惹起的衬度; 2.衍衬成像对晶体的不完整性很是敏感; 3.衍衬成像所显示的材料布局的细节,对取向也是敏感的; 4.衍衬成像反映的是晶体内部的组织布局特征,而质量厚度衬度反映 的根基上是样品的描摹特征。 2.1 让透射束通过物镜光阑所成的像就是明场像。成明场像时,我们能够只让透射束通过物镜光阑,而使其它衍射束都被物镜光阑盖住,如许的明 场像一般比力暗,但往往会有比力好的衍射衬度;也能够使在成明场像时, 除了使透射束通过以外,也能够让部门接近两头的衍射束也通过光阑,这 样获得的明场像布景比力敞亮 衍射衬度 样品微区晶体取向或者晶体布局分歧,满足布拉格衍射 前提的程度分歧,使得在样品下概况构成一个随位置分歧而变化的衍射振 幅分布,所以像的强度随衍射前提的分歧发生响应的变化,称为衍射衬度。 衍射衬度对晶体布局和取向十分敏感,当样品中具有有晶体缺陷时,该处相对于四周完整晶体发生了细小的取向变化,导致缺陷处和四周 完整晶体有分歧的衍射前提,构成分歧的衬度,将缺陷显示出来。这个特 点在研究晶体内部缺陷时很有用.所以普遍地用于晶体布局研究。 相位衬度除透射束外,还同时让一束或多束的衍射束参与成象。因为各束的相位相关感化而获得晶格(条纹)像或晶体布局(原子)像。用来 成象的衍射束(透射束可视为零级衍射束)愈多,获得的晶体布局细节愈 丰硕。 相位衬度道理 电子束通过试样,相位遭到晶体势场的调制,在试样下概况处获得带有晶体布局消息的物面波φ 0(r)颠末物镜的感化,在后焦面上获得衍射束,用衍射波函数Q(g)暗示。物镜好象起了频谱阐发器的感化,把物面波中的透射波和 各级衍射波分隔了。从数学上讲,物镜对φ 0(r)进行了一次富氏变换。记 透射束与衍射束彼此干与后,在像面上成像获得与所选衍射束相对应的晶格条纹象。这个过程,可理解为Q(g)乘上相位因子exp(-iX(g))后的富 氏逆变换, 其成果是衍射波还原成放大了的物面波,即像面波Φ(r)。 相位衬度像成象全过程 包含了两次富氏变换. 第一次,物镜将物面波分化成各级衍射波,在 物镜后焦面上获得衍射谱。第二次各级衍射波彼此干与,从头组合,获得 保留原有相位关系的像面波,在像平面处获得晶格条纹?Q?g?r? 像。?0(r)?FF?1 相位衬度像的品种 原子像:像点与原子柱的投影对应,能够用原子分布进行注释。 布局像:像点与原子团或原子围成的通道对应,能够用布局进行间接 注释。 点阵像:像点与晶面间距对应,与原子陈列无关。 高分辩像:分辩率很高的像,但不克不及用原子分布及 晶体布局进行 注释。 3.1 活动学理论假设 当晶体中具有缺陷或者第二相时,衍射衬度像中会呈现和它们对应的 衬度,即便是在完整晶体中,也会呈现等厚条纹和等倾条纹;晶体中缺陷 和衍射衬度之间在标准和位置上具有如何的对应性,完整晶体中的衬度又 是如何来的?要回覆这些问题,必需从理论上来予以注释。要注释清晰 TEM 下察看到的电子显微像,最抱负、也是最间接的方式就是间接算出样 品下概况处的电子波分布函数,得出每一点的强度,则无论是衍射衬度还 是相位衬度都不再成为问题。可是我们晓得对于求电子束与样品彼此感化 后的电子波函数的表达式如许一个实践的问题,底子就不成能解出来。因 此,我们必需对问题进行简化。衍射衬度的活动学和动力学理论就是基于 如许思惟提出的用以注释衍射衬度的两种理论。此中衍射衬度的活动学理 论是在以下近似的根本上提出来的: 双束近似 倾转晶体选择合适的晶体位向,使得只要一组晶面(hkl)接近布拉格衍 射位置,所有其它晶面都远离各自的衍射位置; 活动学近似 又称为一级Born 近似或单散射近似,认为衍射波的振幅远小于入射波 的振幅,因此在试样内遍地入射电子波振幅和强度都连结不变(常设为单 位1),只需计较衍射波的振幅和强度变化; 柱体近似 假设晶体在理论上能够朋分成平行于电子波传布标的目的的一个个小柱 体,这些小柱体在衍射过程中彼此独立,电子波在小柱体内传布时,不受 四周晶柱的影响,即入射到小晶柱内的电子波不会被散射到相邻的晶柱上 去,相邻晶柱内的电子波也不会散射到所考虑的晶柱上来,柱体出射面处 衍射强度只与所考虑的柱体内的布局内容和衍射强度相关,一个像点对应 一个小晶柱下概况; 除了以上近似外,活动学和动力学还涉及到一些近似处置,如:向前 散射近似和高压近似等。 3.2 活动学公式的推导 在以上假设的根本上,若是我们可以或许求出每个小柱体下概况的电子波 振幅,则整个像的衬度该当就能暗示出来。因为衍射衬度次要用来注释大 于1nm 的显微组织布局,而我们拔取的小晶柱的标准大约是纳米级,因而 我们在求下概况的电子波振幅时能够将整个下概况当成一个点来处置。经 细致致地推导后能够得出,若是将每个小晶柱分成无数个小的薄层,则每 一个小薄层对下概况的衍射波函数的总的贡献能够暗示成: :衍射波的波长;Fg:晶体单胞的布局因子; Vc:晶体单胞的体积; 衍射波波矢与程度小薄层之间的夹角。3.3 消光距离的导出: 引入消光距离这一物理参量现实上曾经属于动力学衍射理论范围了。 它是指因为透射束与衍射束之间不成避免地具有动力学交互感化,透射振 幅及透射束强度并不是不变的。衍射束和透射束的强度是互相影响的,当 衍射束的强度达到最大时,透射束的强度最小。并且动力学理论认为,当 电子束达到晶体的某个深度位置时,衍射束的强度会达到最大,此时它透 射束的强度为0,衍射束的强度为1. 所谓消光距离,是指衍射束的强度从0 逐步添加到最大,接着又变为 时在晶体中颠末的距离。这个距离能够从理论上推导出来。上式中,0 是入射束的振幅,取单元1,所以衍射束每穿过一个晶 柱的小薄层dz,对P 点衍射贡献的振幅就能够写为: 那么每穿过一个单胞的厚度振幅能够写成: 能够将上面的振幅值设为常数q。 由上面的成果能够晓得,衍射波函数对小晶柱下概况的贡献,每穿过 一个单胞的厚度,都能够用dg 表达出来,每两个单胞厚度之间,振幅 是不异的,但相位具有一个很小的不同,阿谁颠末n 个单胞厚度当前,电 子波函数对下概况总的衍射波振幅的贡献我们能够用振幅相位图暗示出 来,如下图所示。 上图中,L 是颠末n 个单胞后总的振幅,由前面的动力学会商,衍射 束的强度最大只能等于入射束的强度(1),而上图中衍射束的总的布局振 幅最大时是圆的直径,假设衍射波函数颠末m 个单胞厚度后它对晶柱下表 面的贡献值达到最大,也就是说它的总的振幅达到最大,那么此时它该当 等于上面圆的直径,由前面的会商可知,直径的大小该当等于1.因为q 值很是小,每个q值接近等于上图中对应的圆弧,因而有:mq=π *1/2(半 径)。代入q 的值顿时能够获得m 的值,所以消光距离就等于2m 的长度,所以消光距离能够暗示成:3.4 衍射衬度活动学理论推导过程中具有的问题: 上式中,其相位因子(Kg-K0).r 一般暗示两束波的程差,很容易让人误 认为衍衬成像是一个干与成像过程,但现实并非如斯,衍衬成像是一个非 相关的单束成像过程;在衍衬活动学的推导过程中,f 和Fg 都是暗示单元 体积的散射因子(布局因子),现实上暗示着薄层中每一处的散射因子都 是不异的,这与现实是不相符的,现实上晶体中只要有原子的地刚刚有散 在衍衬活动学的推导过程傍边,现实上是假设右图中小晶柱中的小薄层的面积是无限大的,由于只要如许,这一薄层对P 衍衬活动学理论的推导过程中,现实上是把小晶柱的下概况当成一个点P来处置的,看起来很不合理,但考虑到衍衬成像的分辩率极限是1.5nm, 而小晶柱的标准在1nm 以内,因此如许处置仍是能够的. 第四节 完整晶体的衍衬活动学阐发 4.1 完整晶体的衍衬活动学公式推导 由电子衍射的几何干系有:Kg-K0=g+s,因而小晶柱里每个薄层对下概况 的散射贡献又能够暗示成: 对于完整晶体而言,每个薄层的厚度能够取成一个单胞的厚度,而位 的位置能够取在单胞的平移矢处,这时有g.r=整数,这时上式等于:为了积分出整个晶柱对下概况的散射贡献,先将s 写成标量的形式,由图可知,s 老是平行小晶柱,并指向下,所以一般取正值(为了积 分便利,一般取向下为正);对于r 来讲,因为它是由P 点指向小薄层的位 矢,标的目的向上,所以一般取负值,又由于r 与厚度标的目的根基平行,能够将 其写成-z;这时的散射波函数公式可写为: 对整个小晶柱积分,最柱体下概况处总的散射波函数为: 积分后获得: 因而抱负晶体中,电子波与小晶柱彼此感化后,对下概况总的散射强 度能够暗示为: 4.2 等厚条纹发生的道理 将上式稍微变形能够获得: 由上式可知,在抱负晶体中,当偏离矢量为常数时,电子衍射衬度的 强度随厚度t 而变化,这就是等厚前提发生的理论根据。由上式我们能够 获得等厚条纹该当具有如下特点: 等厚条纹是当偏离矢量为恒定值时, 衍射强度随传布深度的变化而按余弦函数周期的变化,在衬度像上察看到 的明暗相间的条纹,统一条纹对应的厚度是不异的,条纹的深度周期为1/s 衍衬像中的等厚条纹与可见光中的等厚干与条纹的构成道理是完全分歧的;可见光中的等厚干与条纹是由楔形样品的上下概况的反射波互相 干与而构成的,其衬度来自于两束波的相位差角,而电子衍衬像中的等厚 条纹则是单束、无干与成像,其衬度来自于衍射波的振幅; 等厚前提构成的示企图及实例 等厚前提构成的示企图 等厚条纹明场像 等厚条纹暗场像 4.3 等倾条纹发生的道理 当衍衬成像时,若是试样的厚度根基不变,而晶体的取向因为变形等 缘由而有细小的变化时,相当于偏离矢量s 有细小的变化,这时衍射波对 小晶柱下概况的强度贡献公式可写为: 这时电子衍射衬度的表达式是偏离矢量的函数,跟着偏离矢量的改变, 衬度改变,这是等倾条纹发生的缘由。由上面的表达式能够晓得,等倾条 纹具有如下的特点: 试样下概况处的强度将随偏离参量s 变化而呈单缝衍射函数的形式变 化,衍射强度在s=0 处有强度的主极大主极大的半宽高为1/t 为奇数时,别离对应次极大、三极大等等,当n为偶数时,强度值将 等倾条纹的构成示企图及实例:第五节 非完整晶体的衍衬活动学阐发 5.1 非完整晶体的衍衬活动学公式推导 对于非完整晶体,描述散射元位置的矢量为:r′=r+R 因而整个畸变 后的晶柱对下概况的散射贡献为: 上式中,g.r =整数,s.R 是一个无限小项,因而畸变后的晶柱对下概况 的散射贡献最终为: 缺陷的具有引进了一个附加相位因子项2π g.R ,恰是因为有相位因 子项的具有,使得分歧的缺陷会具有分歧特点的衬度。 5.2 所谓层错是指晶体中具有某种堆垛次序的原子面,因为错排而引入的缺陷; 层错老是发生在密排的晶体学平面上,层错面两侧别离是位向不异的 两块抱负晶体,它们之间彼此错动了位移矢R 对于面心立方晶体的{111}层错,R能够是1/3〈111〉或者 1/6〈112〉, 它们别离代表着层错生成的两种机制。 层错是晶体缺陷中最简单的平面缺陷,其位移矢是一个恒定的值,因 而由其发生的相位差角2π g.R 将为一恒定的值,当g.R 为一整数时,由 上式可知,积分号后的第一项将为1,层错惹起的衬度将不具有,层错将 不成见。 对于层错而言,晶体一和晶体二具有完全不异的位向,它们之间仅仅 是在层错面上相差一个滑移矢,在有层错的区域任选一个小晶柱,设该小 晶柱中,层错在深度t1 处,则整个小晶柱对下概况散射波振幅的总的贡献 积分之后得:与之对应的强度表达式为: 由上式能够看出,当偏离矢量为常数时,若是层错可见(g.R 不为整 数),则小晶柱下概况的电子衍射波强度,只取决于层错地点位置样品的 厚度,也就是说层错的衬度是样品厚度的函数。有鉴于此,层错的衬度应 该具有如下的特点: 对于确定的层错,当操作反射确按时,则g.R 确定,在样品厚度t 偏离矢量s都确定的前提下,Ig 将随层错地点位置的深度t1 周期变化,周 当层错在样品中的深度不异时,会具有不异的强度,故层错的衍衬象表示为一组平行于样品概况和层错交线的明暗相间的条纹; 当衍射矢量偏离布拉格位置的程度添加时,s 增大,层错条纹间的间 距变小(条纹变密),层错的衍衬强度锐减; 由层错强度的周期函数特点,cos[2π s(t1-t/2)],可知层错条纹的强 度老是核心对称的,(这一点才是层错条纹区别于等厚条纹的最素质特点); 由周期函数特点可知,当层错面平行样品概况时将不显示衬度。 层错衍衬像示企图及实例 层错像实例 5.3 螺型位错的几何模子由上图可知,因为螺位错的具有而引入的位移矢能够暗示成: 此中z 是小晶柱中薄层地点的位置,而z0 是位错距样品概况的距离, 则是位错到小晶柱的距离。因而因为螺位错的具有而惹起的相位差角的变化能够暗示成: 此中α 是因为螺位错的位移矢惹起的相位角改变;n=g.b 在位错附近处某一小晶柱对其下概况处的总的衍射贡献为: 由上面的表达式能够看出来,要使因为螺位错的具有而引入的附加项 必需等于0,即g.b=0时,才不会呈现衬度,因而g.b=0 螺位错不成见的判据。5.4 刃型位错和夹杂型位错惹起的衬度 刃型位错的几何模子 刃位错的应变场能够写为:R=R1+R2。应变场能够暗示为: 此中此中R1 平行于柏式矢量,R2 垂直于位错地点的滑移面,σ 是从柏式矢量到散射元的极角,r0是柱体内散射元关于位错焦点 的径向座标. 夹杂型位错的应变场矢量能够写成: 将这些应变场惹起的位移矢代入公式: 会获得一个附加位向因子很是复杂的表达式,颠末细致阐发后能够得 出,刃位错和夹杂位错有如下特点: 刃位错和夹杂位错不成见判据是: g.b 时,即便别的一项不为零,其衬度也会很是低,因而现实上对于所有的位错,都采用g.b 作为不成见判据。5.5 位错衬度像偏离线 位错像的特点: 如上图所示,当衍射前提使基体偏离布拉格前提时(具有偏离矢量时), 刃位错中多余半原子面的位向该当与基体不异,因此它并不满足布拉格条 件。而在位错的应变场中,有一个相当宽的范畴内,晶面接近满足布拉格 前提,接近发生衍射带。因而在明场像下,这一个宽的衍射带现实上就是 我们看到的暗的位错线。因而如许的位错线往往看起来是很粗的,大约有 80~120 埃。别的,位错像距离位错的实在位置也会比力远,大约在80~100 用弱束暗场的方式能够使位错的分辩率提高,并且能够使其像与实在位置愈加接近。这是由于弱束暗场是在大的偏离矢量下成像,在大的偏离 矢量下,只要畸变量大的晶面才能接近满足布拉格前提,我们晓得只要在 接近位错的处所,才具有大的畸变区,因而在弱束暗场下,只要在接近位 错线的很近部门才能显示衬度,并且这个宽度也会比力小。在弱束暗场下 位错线 埃,位错像距位错的线 这是从衍射几何来注释位错像的构成缘由。当从理论上来阐发时,按照动力学道理,位错线的宽度约为无效消光距离ξ geff 的1/2~1/5。而无效 消光距离能够暗示成: 由上式能够看出,在大偏离矢量下(弱束暗场),位错线像的宽度要 窄得多。 5.7 不锈钢中析出相四周的位错缠结位错缠布局成的晶界 超塑性变形Al-40wt%Zn 合金中的小角晶界处的位错形态 Ni 基高温合金高温蠕变后的位错组态 Ni 基高温合金经固溶处置和形变后的位错组态 未变形;(b)200oC, 形变2% 200oC,形变2%; (d)-196oC, 形变2% 5.8 第二相粒子构成的衬度 因为第二相粒子的具有而引入的衬度次要有以下几种: 基体四周应 第二相与基体因为位向差惹起的衬度;布局因子不同而构成的衬度; 特定环境下构成的波纹图; 第二相和基体具有的相界面惹起的衬度; 上面的内容中,波纹图在电子衍射部门曾经引见过,布局因子不同而 构成的衬度能够当成等厚条纹的问题来处置,相界面惹起的衬度其实与层 错雷同(层错就是此中的一种),但要复杂得多。 这一部门我们次要来会商球形第二相粒子导致的应变场衬度。 对于球形粒子惹起的位移矢,在球的外部,能够暗示为: 在球的内部,能够暗示为:R=-ε 由畸变后的晶柱对下概况的散射贡献表达式:考虑到球形第二相粒子的应变场位移矢的特点,它是核心对称的,因 此其衍射衬度具有本身的特点: 第二相粒子衬度消逝的判据严酷地讲也是g.R=整数,但因为球形粒 子中肆意标的目的都具有应变矢量,所以这个判据只能判断一些数学上的点消 光,现实上我们可以或许看到的衬度是当某个面上的应变场矢量都垂直于g 这个面上的所有衬度都不成见,这时g.R=0,因而我们认为第二相粒子 的衬度消逝的判据为g.R =0;别的,因为应变场是球形对称的分布的, 所以对于肆意操作反射,与之平行的平面上的肆意位移矢都能使g.R 因而,当改变操作反射时,第二相质点衍衬像上的“无衬度线”也将随之改变,但该线将一直与操作反射矢量垂直。 第二相粒子衍射衬度及无衬度线实例 奥氏体不锈钢中的共格应变含铜沉淀相 5.9 活动学理论的不足之处 等倾条纹的衬度表达式为 上式中,当s趋势于0 时,衍射波的强度趋势于π 2t2/ξ 2,即当样品 的厚度大于ξ 时,衍射波的强度要大于1,在入射波强度等于1的前提 下,衍射波的强度可以或许大于1,这明显是不合理的; 2、在注释等厚条纹时,发生等厚条纹的深度周期为Δ 将为无限大,也就是说,在接近双光束成像时,将不成能看到等厚条纹,这与现实完全不符; 第六节 衍射衬度的动力学理论 衍衬动力学理论是在活动学理论的根本上成长起来的,它的次要特点 是在散射过程中考虑电子波在晶体中的多次散射问题,即考虑透射束与衍 射束之间以及衍射束与衍射束之间的交互感化;也就是说,活动学中的运 动学近似已不再成立,但除此之外,活动学理论中的其它假设如双束近似、 柱体近似、向前散射近似和高压近似等仍然成立。 在双束前提下,沿一个小晶柱传布的电子波函数可写成: 若是波函数满足动力学前提,则对于完整晶体,应满足: 上述方程组与定态薛定谔方程比拟,虽然要简单,但要间接求解仍然 不成能,为此,引入下列两个两头函数: 方程组两边同时求导后,代入和后,会发觉Φ0(z)和Φg(z)是可求解的。 最终的成果是: 此中: Seff 为无效偏离矢量,而ξ eff 为无效消光距离; 由上面的衍射强度表达式能够看出,即便在严酷的双光束前提下,s=0 时,无效偏离矢量seff 的值也不会为零,此时等厚条纹的深度周期Δ t=1/seff, 也就是该衍射矢量的无效消光距离; 别的,对于等倾条纹而言,当s=0 时,,其值也是老是小于1 的。因而 用衍射衬度的动力学理论来注释晶体中的衍射衬度像将愈加合理。 总结 衍衬成像是单束、无干与成像,获得的并不是样品的实在像,可是,衍射衬度像上衬度分布反映了样品出射面各点处成像束的强度分布,它是 入射电子波与样品的物质波交互感化后的成果,照顾了晶体散射体内部的 布局消息,出格是缺陷惹起的衬度; 活动学理论是在活动学近似、双束近似以及柱体近似等近似的前提下通过计较构成的理论,活动学理论对于一般衍衬像的注释是合理的,但 是在某些特殊环境下理论与现实有较大差距; 动力学理论是在活动学理论的根本上成长起来的,它进一步考虑了入射束与衍射束之间的交互感化以及多次衍射对衍射衬度的影响,对衍射 衬度像的注释愈加合理。 电子衍射像是透射电子显微术用于晶体布局阐发的根本,电子显微像 则反映了试样微观描摹特征。只要对这二种像进行准确的分析阐发,才能 精确地得知试样内部原子的陈列环境。 电子衍射像的构成缘由及特点我们已从晶体华夏子与入射电子交互 感化的角度出发会商过了,此刻我们仍从晶体华夏子与入射电子的交互作 用入手会商电子显微像的构成缘由。 在电子显微像中,有三种衬度构成机制:质量厚度衬度(质厚衬度), 衍射衬度(简称衍衬)和相位衬度。 复型和非晶态物质试样的衬度是质厚衬度,质厚衬度的根本是因为构成试样的原子对电子的散射和小孔径角成象。 散射有两种,弹性散射和非弹性散射。电子和物质原子彼此感化,改 变电子本来的活动标的目的,这种现象叫散射。 若只改变电子活动标的目的,能量改变很少致使能够忽略,这种散射叫弹 性散射,电子和原子核彼此感化发生的散射属于此类。 若除改变标的目的外,还有能量互换,称为非弹性散射,如电子与核外电 子彼此感化发生的散射。 非弹性散射对证厚衬度影响不大,它仅作为背底衬度。 为简化阐发,我们仅考虑弹性散射。 入射电子和非晶体物质的原子核相遇时,标的目的发生改变,把偏离本来 标的目的的角度叫做散射角。因为样品厚度分歧,散射角大小也不不异。散射 角较大的电子容易被物镜光圈盖住,因而参与成象的电子是那些散射角较 小的电子。 样品上的厚区,入射电子遭到散射的次数多,散射角大,易被物镜光 阑盖住,成象电子少,为暗衬度。 样品上的薄区, 入射电子遭到散射的次数少,散射角小, 进入光阑孔 成象电子多,为亮衬度。 因为厚度不同形成的强度不同叫厚度衬度。 入射电子的散射几率不只与试样的厚度相关,并且和原子性质相关, 因而,试样对电子的散射,不只要考虑试样的几何厚度,还要考虑此厚度 内含有何种物质。同样的几何厚度,含重原子者散射能力强,响应的明场 像暗。由轻原子构成的区域,散射能力强,响应的明场像亮。因物质分歧 形成的衬度叫质量衬度。 为添加复型试样电子象的衬度,常象用投影重金属(铬、钯、铂)等 方式,操纵这些元素散射能力大于复型材料这一特点,提高相邻部门的对 比度,加强立体感。 二、衍射衬度 金属薄膜晶体试样,操纵透射束或某一衍射束成明场像或暗场像。这 种衬度是因为晶体各部门相对于入射电子束取向分歧或它们相互属于不 同布局的晶体,因此满足布拉格前提的程度分歧所形成的,构成这种衬度 的根本是衍射,所以叫衍射衬度,简称衍衬。 衍射衬度对试样取向十分敏感。在某一取向下未能看到的布局细节, 当改变试样的倾斜度,即改变取向时就有可能显示该细节的衬度。这个特 点使得衍衬手艺成为研究晶体内部布局的无力手段。 假如试样含有分歧取向的二个晶粒,A 晶粒的晶面(hkt)与入射电子 未成希拉格角。因而A 晶粒的(hkt)对入射电子束的拉干散射比起B 晶粒 能够忽略。反之对B 晶粒来说,因为入射束中相当一部门被晶面(hkt)散 射掉因而其重射光束的强度远比A 晶粒弱。若是用物光栏挡信所有的射不 只让透射束通过,那么就会获得A’亮B’暗的晶粒轮廓像(衍衬象)如 果拉出光栏,让全数光束成象,春联么就 粒每一点透射光与所射光之和与A晶粒透射光相等。因为盖住了衍射光束, 仅让透射束成像所以把这种像叫明场像。 若是挪动光栏,使之盖住透射光,只让一束衍射光通过。那么,B 粒的所射束强(满足布拉格前提)A晶粒不满足布拉格前提,次要光束为 透射束,因而,晶粒轮廓像与明场像衬度恰好相么。B 晶粒为暗衬度,由于这种像是用衍射束,构成的所以叫做暗场像。非论是明场像或暗场像,都叫衍射衬度像。 三、相位衬度像 若是除透射束外,还同时让一束或多束的衍射束参与成象就会因为各 的相位相关感化而获得晶格(条纹)象或晶体布局(原子)象。前者是晶体华夏子面的投影,后者是晶体华夏子或原子集团电势场的二维投影. 用来成象的衍射束(透射束可视为零级衍射束)愈多,获得的晶体布局细 节愈丰硕。 如图,电子束通过试样,相位遭到晶体势场的调制,在试样下概况处 获得的物面波φ 0(r)就带有了晶体的布局消息。物面波φ 0(r)颠末物镜的作 用,在后焦面上获得衍射束,用衍射波函数Q(g)暗示。这里物镜好象起了 频谱阐发器的感化,把物面波中的透射波和各级衍射波分隔了。从数学上 讲,物镜对φ 0(r)进行了一次富里叶变换。记作Q(g)=Fφ 透射束(000)和衍射束(hkl)相关后,在像面上成象获得与所选衍射束相对应的晶格条纹象。这个过程,可理解为Q(g)乘上相位因子exp(-iX(g))后的 富氏逆变换, 其成果是衍射波还原成放大了的物面波,即像面波Φ 示为Φ(r)=F-1[Q(g)exp(-iX(g))]式中,X(g)是反映成像前提的象差函数。 入g2-1/2Cs 入3g4 是所取衍射束的倒易矢量长度Cs—物镜球差系数 高分辩晶格像成象全过程,包含了两次富氏变换.第一次,物镜将物面 波分化成各级衍射波,在物镜后焦面上获得衍射谱。 第二次各级衍射波相关,从头组合,获得保留原有相位关系的像面波, 在像平面处获得晶格条纹像。 第二次是第一次富氏变换的逆变换。全过程可暗示为: FF?1物面波函数 衍射波函数

  TEM的三种像衬度

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