电子衍射及衍射花样标定

电子衍射及衍射花样标定主要内容2.电子显微镜中的电子衍射3.多晶体电子衍射花样1.电子衍射的原理4.单晶电子衍射花样标定5.复杂电子衍射花样电子衍射花样特征电子束照射单晶体：一般为斑点花样；多晶体：同心圆环状花样；织构样品：弧状花样；无定形试样（准晶、非晶）：弥散环。1.电子衍射的原理1）斑点花样：平行入射束与单晶作用产生斑点状花样；主要用于确定第二象、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件；2）菊池线花样：平行入射束经单晶非弹性散射失去很少能量，随之又遭到弹性散射而产生线状花样；主要用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体的精确取向、布拉格位置偏移矢量、电子波长的测定等；3）会聚束花样：会聚束与单晶作用产生盘、线状花样；可以用来确定晶体试样的厚度、强度分布、取向、点群、空间群以及晶体缺陷等。1.电子衍射的原理衍射花样的分类2q试样入射束厄瓦尔德球倒易点阵底板电子衍射花样形成示意图1.电子衍射的原理Bragg定律：2dsinθ=λd=晶面间距λ＝电子波长θ=Bragg衍射角衍射花样投影距离：当θ很小tan2θ≈2θsinθ≈θrd=Lλ=常数q2tanLrrOG’’qqqG’Ld1.电子衍射的原理衍射花样与晶体的几何关系利用金膜测定相机常数由里至外测量R，找到对应的d,根据Rd=Lλ测得200KV得到金环，由内到外直径2R依次为：17.46mm,20.06mm,28.64mm,33.48mm;对应指数（111），（200），（220），（311）；对应面间距d分别为0.2355nm,0.2039nm,0.1442nm,0.1230nmK=Rd2.电子显微镜中的电子衍射相机常数测定选区衍射就是在样品上选择一个感兴趣的区域，并限制其大小，得到该微区电子衍射图的方法。也称微区衍射。两种方法：光阑选区衍射（LePool方式）----用位于物镜象平面上的选区光阑限制微区大小。先在明场象上找到感兴趣的微区，将其移到荧光屏中心，再用选区光阑套住微区而将其余部分挡掉。理论上，这种选区的极限0.5m。微束选区衍射----用微细的入射束直接在样品上选择感兴趣部位获得该微区衍射像。电子束可聚焦很细，所选微区可小于0.5m。可用于研究微小析出相和单个晶体缺陷等。目前已发展成为微束衍射技术。选区电子衍射2.电子显微镜中的电子衍射花样分析分为两类：一是结构已知，确定晶体缺陷及有关数据或相关过程中的取向关系；二是结构未知，利用它鉴定物相。指数标定是基础。电子衍射花样2.电子显微镜中的电子衍射花样与X射线衍射法所得花样的几何特征相似，由一系列不同半径的同心圆环组成，是由辐照区内大量取向杂乱无章的细小晶体颗粒产生，d值相同的同一(hkl)晶面族所产生的衍射束，构成以入射束为轴，2θ为半顶角的园锥面，它与照相底板的交线即为半径为R=Lλ/d＝K/d的圆环。R和1/d存在简单的正比关系对立方晶系：1/d2=（h2+k2+l2）/a2＝N/a2通过R2比值确定环指数和点阵类型。3.多晶体电子衍射花样A)晶体结构已知：测R、算R2、分析R2比值的递增规律，定N，求(hkl)和a。如已知K,也可由d=K/R求d对照ASTM求(hkl)。B)晶体结构未知：测R、算R2、R22／R12，找出最接近的整数比规律、根据消光规律确定晶体结构类型、写出衍射环指数(hkl)，算a。如已知K,也可由d=K/R求d对照ASTM求(hkl)和a,确定样品物相。已知晶体结构，标定相机常数，一般用Au,FCC,a=0.407nm，也可用内标。物相鉴定：大量弥散的萃取复型粒子或其它粉末粒子。3.多晶体电子衍射花样分析方法主要用途基本任务确定花样中斑点的指数及其晶带轴方向［uvw］；确定样品的点阵类型、物相和位向。一般分析任务可分为两大类：测定新结构，这种结构的参数是完全未知的，在ASTM卡片中和其它文献中都找不到；鉴定旧结构，这种结构的参数前人已作过测定，要求在这些已知结构中找出符合的结构来。4.单晶电子衍射花样标定单晶花样分析的任务主要方法有：尝试－校核法标准花样对照法标定步骤：1）选择靠近中心且不在一直线上的几个斑点，测量它们的R值；2）利用R2比值的递增规律确定点阵类型和这几个斑点所属的晶面族指数{hkl}。如果已知样品和相机常数，可分别计算产生这几个斑点的晶面间距（R＝K／d），并与标准d值比较直接写出{hkl}；4.单晶电子衍射花样标定单晶电子衍射花样的指数化标定基本程序3）进一步确定晶面组指数（hkl）。尝试－校核法：首先根据斑点所属的{hkl},任意假定其中一个斑点的指数，如h1k1l1，再根据和的夹角测量值与计算值相符的原则，确定第二个斑点的指数h2k2l2。夹角可通过计算或查表得到。立方体的夹角计算公式：4）其余斑点的指数，可由的矢量运算得到，必要时也应反复验算夹角。1R2R))((cos222222212121212121lkhlkhllkkhhR33333333213213213213,,,,llkkhhRRlllkkkhhhRRR4.单晶电子衍射花样标定求晶带轴指数：逆时针法则111hkl222hkl排列按逆时针5）任取不在同直线上的两个斑点（如h1k1l1和h2k2l2）确定晶带轴指数[uvw]。wvullkhlkkhlkhhRRuvw21222211112121][4.单晶电子衍射花样标定电子衍射斑点花样的几何图形：•可能归属立方，四方•六方、三方、立方•单斜、正交、四方、六方、三方、立方（除三斜）•单斜、正交、四方、六方三方、立方（除三斜）（1）正方形（2）正六角形（3）有心矩形000010001（4）矩形（5）平行四边形•三斜、单斜、正交、四方、六方、三方、立方（所有）4.单晶电子衍射花样标定例1，如图为某一电子衍射花样，试标定。已知，RA=7.3mm，RB=12.7mm，RC=12.6mm，RD=14.6mm，RE=16.4mm，=73；加速电压200kV，相机长度800mm。000ABEDC4.单晶电子衍射花样标定单晶电子衍射花样标定实例斑点编号ABCDER/mm7.312.712.614.616.4R253.29161.29158.76213.16268.96Rj2/RA213.032.9845.05(Rj2/RA2)226.055.96810.1N266810{hkl}110211211220310Hkl1102203014.单晶电子衍射花样标定112121例2：下图为某物质的电子衍射花样，试指标化并求其晶胞参数和晶带方向。RA＝7.1mm,RB＝10.0mm,RC=12.3mm,(RARB）90o,(rArC）55o,L＝14.1mmÅ.4.单晶电子衍射花样标定CA002000B211011211200211101121解1：1）从6:4:2::::321222NNNRRRCBA可知为等轴体心结构。2）从rd=L,可得dA=1.99Å，dB=1.41Å,dC=1.15Å.3）查ASTM卡片，该物质为Fe.从ASTM可知dA={110},dB={200},dC={211}.选A=,B=002,C=2110114.单晶电子衍射花样标定CA002000B2110112112002111011214)检查夹角：007.54,31cos,90,0cosACACABAB4.单晶电子衍射花样标定与测量值一致。5)对各衍射点指标化如右：6)a=2dB=2.83Å,7)可得到[uvw]=[220].晶带轴为[uvw]=[110]。CA002000B211011211200211101121解2：1）由可知为等轴体心结构。2）因为N=2在A，所以A为{110},并假定点A为011因为N=4在B，所以B为{200},并假定点B为2006:4:2::::321222NNNRRRCBA4.单晶电子衍射花样标定3）计算夹角：0222222212121212121452242000121coslkhlkhllkkhhAB与测量值不一致。测量值(RARB）90o4）假定B为002,与测量值一致。所以A=andB=002011由矢量合成法，得知：211002011BAcRRR5）算出(RARC)=57.74o与测量值一致（55o）.4.单晶电子衍射花样标定6）对各衍射点指标化如下。7）a=2dB=2.83Å,8）Find[uvw]==[110]21gg4.单晶电子衍射花样标定CA002000B211011211200211101121双晶带引起的斑点花样高阶劳厄斑点超点阵斑点二次衍射斑点孪晶斑点菊池衍射花样简单花样：单质或均匀固溶体的散射，由近似平行于B的晶带轴所产生复杂花样：在简单花样中出现许多“额外斑点”，分析目的在于辩认额外信息，排除干扰。5.复杂电子衍射花样原因：Ewald球是一个有一定曲率的球面，可能使两个晶带轴指数相差不大的晶带的0层倒易面同时与球面相截，产生分属于两个晶带的两套衍射斑点。产生些情况必须具备的条件为：r1,r2夹角很小；g1.r20,g2.r10图铁素体电子衍射花样现象：一边一套衍射斑（右图）标定方法：同简单花样。验证标定结果采用上述必备条件。5.复杂电子衍射花样双晶带引起的斑点花样点阵常数较大的晶体，其倒易点阵的倒易面间距较小，如果晶体很薄，则倒易杆很长，因此与厄瓦尔德球面相交的不只是零层倒易面，其上层或下层的倒易平面上倒易杆均有可能和厄瓦尔德球面相交，从而形成高阶劳厄区，如图。高阶劳厄斑点并不构成一个晶带，它们符合广义晶带定律。由于高阶斑点和零层斑点分布规律相同，因此只要求出它们之间的水平位移矢量，便可对高阶劳厄区斑点进行标定。高阶劳厄斑点可以给出晶体更多的信息，如可消除180度不唯一性和测定晶体厚度。5.复杂电子衍射花样高阶劳厄斑点当晶体内部的原子或离子产生有规律的位移或不同种原子产生有序排列时，将引起其电子衍射结果的变化，即可以使本来消光的斑点出现，这种额外的斑点称为超点阵斑点。AuCu3合金是面心立方固溶体，在无序相情况下，Au原子和Cu原子是随机地分布在晶胞中的四个原子位置，因此它符合面心立方的一般消光规律；在一定条件下，它会形成有序固溶体，其中Cu原子位于面心，Au原子位于顶点，如图。5.复杂电子衍射花样超点阵斑点原理：电子通过晶体时，产生的较强，它们常常可以作为新的入射线，在晶体中再次产生衍射。现象：重合：强度反常；不重合：多出斑点或出现“禁止斑点”。场合：多发生在两相合金衍射花样内，如基体与析出相；同结构不同方位的晶体之间，如孪晶，晶界附近；同一晶体内部判断：二次衍射起因于花样的对称性，所以可以通过将试样绕强衍射斑点倾斜10°左右以产生双束条件，即透射束和一去强衍射束。若起因于二次衍射，在双束条件政斑点就会消失；若部分强度起因于这种作用，强度就会减弱。也可用二次衍射斑形成中心暗场象来区分，如晶界会亮。5.复杂电子衍射花样二次衍射斑点原理：在凝固、相变和再结晶变形过程中，晶体内的一部分相对于基体按一定的对称关系成长，即形成孪晶。如以孪晶面为镜面反映，或以孪晶面的法线为轴，旋转60°、90°、120°、180°，多数为180°，可以与另一晶体相重。晶体中的这种孪晶关系自然也反映在相应的倒易点阵中，从而由相应的衍射花样中反映出来。现象：出现的额外孪晶斑与基体斑有一定的距离，如立方晶系中为1／3判断：倾斜试样或用暗场5.复杂电子衍射花样孪晶斑点