電子顯微分析技術(shù)付大友

電子顯微技術(shù)付大友電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!電子顯微鏡的發(fā)明和發(fā)展一、概述電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!眼睛是人類認識客觀世界的架“光學儀器”。但它的能力是有限的，如果兩個細小物體間的距離小于0.1mm時，眼睛就無法把它們分開。光學顯微鏡的發(fā)明為人類認識微觀世界提供了重要的工具。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，光學顯微鏡因其有限的分辨本領(lǐng)而難以滿足許多微觀分析的需求。上世紀30年代后，采用電子束作為光源的電子顯微鏡(簡稱“電鏡”）的發(fā)明將分辨本領(lǐng)提高到納米量級，同時也將顯微鏡的功能由單一的形貌觀察擴展到集形貌觀察、晶體結(jié)構(gòu)、成分分析等于一體。人類認識微觀世界的能力從此有了長足的發(fā)展。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!電鏡的發(fā)展歷史1932年魯斯卡發(fā)明創(chuàng)制了臺透射電子顯微鏡實驗裝置(TEM)。相繼問世了掃描透射電子顯微鏡(STEM)、掃描電子叢微鏡(SEM)以及上述產(chǎn)品與X射線分析系統(tǒng)(EDS、WDS)的結(jié)合，即各種不同類型分析型電子顯微鏡。1986年，賓尼格和羅雷爾先后研制成功掃描隧道電子顯微鏡(STM)和原于力電子顯微鏡(AFM)，使人類的視野得到進一步的擴展。▼▼▼電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!透射電子顯微鏡是利用電子的波動性來觀察固體材料內(nèi)部的各種缺陷和直接觀察原子結(jié)構(gòu)的儀器。在原理上模擬了光學顯微鏡的光路設(shè)計，簡單化地可將其看成放大倍率高得多的成像儀器。一般光學顯微鏡放大倍數(shù)在數(shù)十倍到數(shù)百倍，特殊可到數(shù)千倍。而透射電鏡的放大倍數(shù)在數(shù)千倍至一百萬倍之間，有些甚至可達數(shù)百萬倍或千萬倍。2.1透射電子顯微鏡電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!吸收電子

隨著入射電子與樣品中原子核或核外電子發(fā)生非彈性散射次數(shù)的增多，其能量和活動能力不斷降低以致最后被樣品所吸收的電子叫吸收電子。透射電子

它是入射電子束透過樣品而得到的電子。它僅僅取決于樣品微區(qū)的成分、厚度、晶體結(jié)構(gòu)及位向等。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!俄歇電子

如果入射電子把外層電子打進內(nèi)層，原子被激發(fā)；為釋放能量而電離出次外層電子，叫俄歇電子。每種元素都有自己的特征俄歇能譜，因此可以利用俄歇電子能譜進行輕元素分析。特征X射線原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)之后，外層電子填充到內(nèi)層上，多余的能量以輻射形式放出，產(chǎn)生特征X射線。各種元素都有自己的特征X射線，可用來進行微區(qū)成分分析。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!樣品質(zhì)量厚度越大，則透射系數(shù)越小，而吸收系數(shù)越大；樣品背散射系數(shù)和二次電子發(fā)射系數(shù)的和也越大，但達一定值時保持定值。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!日立透射電鏡儀器電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!電子槍聚光鏡試樣物鏡中間象投影鏡觀察屏光源中間象物鏡試樣聚光鏡目鏡毛玻璃照相底板電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!a、人眼分辨能力：約0.1~0.2mm。b、光學顯微鏡的分辨率：

——分辨率；——可見光波長；nsin——透鏡孔徑值。而當可見光波長為500nm時，=0.2umc、電子顯微鏡的分辨率：BCs??

B—常數(shù)；Cs

—球差系數(shù)；—電子波長。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!光學顯微鏡的放大倍數(shù)=光學顯微鏡的放大倍數(shù)為2000；

電子顯微鏡的放大倍數(shù)：可達106~107數(shù)量級。3、放大倍數(shù)電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!高分子微球的TEM照片“高爾夫”型微球的TEM照片電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!S-4700冷場發(fā)射掃描電鏡電子槍聚光鏡物鏡樣品室電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!樣品在電子束轟擊下產(chǎn)生的信號IoISEIBSEISC樣品e-X-rayLight樣品發(fā)熱掃描電鏡中的樣品電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1、二次電子象

二次電子象是表面形貌襯度，它是利用對樣品表面形貌變化敏感的物理信號作為調(diào)節(jié)信號得到的一種象襯度。因為二次電子信號主要來處樣品表層5－10nm的深度范圍，它的強度與原子序數(shù)沒有明確的關(guān)系，便對微區(qū)表面相對于入射電子束的方向卻十分敏感，二次電子像分辨率比較高，所以適用于顯示形貌襯度。注意在掃描電鏡中，二次電子檢測器一般是裝在入射電子束軸線垂直的方向上。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!背散射電子的信號強度I與原子序數(shù)Z的關(guān)系為

式中Z為原子序數(shù)，C為百分含量(Wt%)

背散射電子像的形成，就是因為樣品表面上平均原子序數(shù)Z大的部位而形成較亮的區(qū)域，產(chǎn)生較強的背散射電子信號；而平均原子序數(shù)較低的部位則產(chǎn)生較少的背散射電子，在熒光屏上或照片上就是較暗的區(qū)域，這樣就形成原子序數(shù)襯度。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!掃描電鏡樣品的處理和制備化學刻蝕法離子刻蝕法金屬涂層法電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!化學刻蝕法應(yīng)用對象同于離子刻蝕法，包括溶劑和酸刻蝕兩種方法。酸刻蝕是利用某些氧化性較強的溶液，如發(fā)煙硝酸、高錳酸鉀等處理樣品表面，使其個一相氧化斷鏈而溶解，而暴露出晶相的結(jié)構(gòu)。溶劑刻蝕是用某些溶劑選擇溶解高聚物材料中的一個相，而暴露出另一相的結(jié)構(gòu)。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!一種(上圖)抗氧化能力較差(國內(nèi))；另一種(下圖)抗氧化能力較強(國外)兩者的微雙形態(tài)呈明顯的不同氯化亞銅微觀形態(tài)的觀測掃描電子顯微鏡的應(yīng)用實例

電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!納米聚合物顆粒的形貌觀察電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!掃描探針顯微鏡的特點1.分辨率高HM：高分辨光學顯微鏡；PCM：相反差顯微鏡；(S)TEM：（掃描）透射電子顯微鏡；FIM：場離子顯微鏡；REM：反射電子顯微鏡

1.分辨率高HM：高分辨光學顯微鏡；PCM：相反差顯微鏡；(S)TEM：（掃描）透射電子顯微鏡；FIM：場離子顯微鏡；REM：反射電子顯微鏡

橫向分辨率可達0.1nm縱向分辨率可達0.01nm電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!5、配合掃描隧道譜，可以得到有關(guān)表面結(jié)構(gòu)的信息，例如表面不同層次的態(tài)密度、表面電子阱、電荷密度波、表面勢壘的變化和能隙結(jié)構(gòu)等。

6、在技術(shù)本身，SPM具有的設(shè)備相對簡單、體積小、價格便宜、對安裝環(huán)境要求較低、對樣品無特殊要求、制樣容易、檢測快捷、操作簡便等特點，同時SPM的日常維護和運行費用也十分低廉。

電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!&呈現(xiàn)原子或分子的表面特性氧化鋅薄膜的AFM圖(單位：nm)氧化鋅顆粒的顆粒比例圖（a）和粒度分布圖（b）電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!二、電子顯微技術(shù)內(nèi)容透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡電子探針◆◆◆電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!電子與物質(zhì)的作用散射、彈性散射、非彈性散射感應(yīng)電導入射電子二次電子背散射電子俄歇電子吸收電子特征X射線熒光透射電子試樣電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!二次電子

入射電子射到試樣上使表面物質(zhì)發(fā)生電離，被激發(fā)的電子離開試樣表面而形成二次電子，又稱為次級電子；二次電子在電場的作用下呈曲線運動翻越障礙進入監(jiān)測器，因而試樣表面凹凸的各種信息都能清晰成像。其強度與試樣表面的幾何形狀等有關(guān)，二次電子的能量比較低，一般小于50eV

。背散射電子

入射電子與試樣作用，產(chǎn)生彈性散射或非彈性散射后離開試樣表面的電子；背散射電子基本上不受電場的作用而呈直線運動進入監(jiān)測器，其強度與試樣表面形貌和元素組成有關(guān)。背散射電子的能量比較高，其約等于入射電子能量E0。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!透射電子顯微鏡（簡稱透射電鏡，TEM），根據(jù)其分析目的不同可分為：高分辨電鏡（HRTEM）透射掃描電鏡（STEM）分析型電鏡（AEM）等等。入射電子束（照明束）也有兩種主要形式：平行束：透射電鏡成像及衍射會聚束：掃描透射電鏡成像、微分析及微衍射。透射電鏡的儀器電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!成像原理與光學顯微鏡類似。它們的根本不同點在于光學顯微鏡以可見光作照明束，透射電子顯微鏡則以電子為照明束。在光學顯微鏡中將可見光聚焦成像的是玻璃透鏡，在電子顯微鏡中相應(yīng)的為磁透鏡。由于電子波長極短，同時與物質(zhì)作用遵從布拉格（Bragg）方程，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，使得透射電鏡自身在具有高的像分辨本領(lǐng)的同時兼有結(jié)構(gòu)分析的功能。

透射電鏡的工作原理電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!1、分辨率（分辨能力）能分清兩個點的中心距離的最小尺寸。電子顯微鏡成象的三大要素電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!2、像襯度

像襯度是圖像上不同區(qū)域間明暗程度的差別。

透射電鏡的像襯度來源于樣品對入射電子束的散射?？煞譃椋?/p>

質(zhì)厚襯度：非晶樣品襯度的主要來源振幅襯度

衍射襯度：晶體樣品襯度的主要來源相位襯度

電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!樣品制備

TEM樣品可分為間接樣品和直接樣品。

要求：（1）供TEM分析的樣品必須能夠讓電子束透過，通常樣品觀察區(qū)域的厚度以控制在100~200nm以內(nèi)。（2）所制得的樣品還必須具有代表性以真實反映所分析材料的某些特征。因此，樣品制備時不可影響這些特征，如已產(chǎn)生影響則必須知道影響的方式和程度。

電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!2.2掃描電子顯微鏡

掃描電子顯微鏡的簡稱為掃描電鏡，英文縮寫為SEM(ScanningElectronMicroscope)。它是用細聚焦的電子束轟擊樣品表面，通過電子與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子、背散射電子等對樣品表面或斷口形貌進行觀察和分析?，F(xiàn)在SEM都與能譜（EDS）組合，一般很少帶波譜儀（WDS），可以進行成分分析。所以，SEM也是顯微結(jié)構(gòu)分析的主要儀器，已廣泛用于材料、冶金、礦物、生物學等領(lǐng)域。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!探測系統(tǒng)

+250kv+12kv聚焦極閃爍體光光電倍增管電流放大電壓2e電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!

入射電子與樣品相互作用后，使樣品原子較外層電子（價帶或?qū)щ娮樱╇婋x產(chǎn)生的電子，稱二次電子。

二次電子能量比較低，習慣上把能量小于50eV電子統(tǒng)稱為二次電子，僅在樣品表面5nm－10nm的深度內(nèi)才能逸出表面，這是二次電子分辨率高的重要原因之一。

掃描電鏡圖象電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!2、背散射電子像

背散射電子是指入射電子與樣品相互作用(彈性和非彈性散射)之后，再次逸出樣品表面的高能電子，其能量接近于入射電子能量(E。)。

背射電子的產(chǎn)額隨樣品的原子序數(shù)增大而增加，所以背散射電子信號的強度與樣品的化學組成有關(guān)，即與組成樣品的各元素平均原子序數(shù)有關(guān)。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!MgO+SrTiO3復相陶瓷的二次電子像(a)和背散射電子像（b）

（a）二次電子像2000×（b）背散射電子像2000×（a）和（b）分別為MgO+SrTiO3復相陶瓷在同一個微區(qū)的二次電子像和背散射電子像，二次電子像形貌很難分辨出MgO和SrTiO3相的亮度差別，而背散射電子像中可以明顯的分辯出MgO相（灰色）和SrTiO3相（白色）。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!金屬涂層法應(yīng)用對象是導電性較差的樣品，如高聚物材料，在進行掃描電子顯微鏡觀察之前必須使樣品表面蒸發(fā)一層導電體，目的在于消除荷電現(xiàn)象利提高樣品表面二次電子的激發(fā)量，并減小樣品的輻照損傷，金屬涂層法包括真空蒸發(fā)鍍膜法和離子濺射濁。應(yīng)用對象是包含合晶相和非晶相兩個組成部分的樣品。它是利用離子轟擊樣品表而時，由于兩相被離子作用的程度不同，而暴露出晶區(qū)的細微結(jié)構(gòu)。離子刻蝕電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!微區(qū)定性和定量分析與常規(guī)的定性、定量分析方法不同的是，掃描電子顯微鏡系統(tǒng)是在微觀形貌觀測的基礎(chǔ)上，針對感興趣區(qū)域進行特定的定性或定量分析。掃描電子顯微鏡的工作內(nèi)容微區(qū)形貌觀測①二次電子像可得到物質(zhì)表面形貌反差的信息，即微觀形貌像。②背反射電子像可得到不同區(qū)域內(nèi)平均原子序數(shù)差別的信息，即組成分布像。③X射線元素分布像可得到樣品表面元素及其X射線強度變化的分布圖像。電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!在18900倍下對PVC糊樹脂近行觀測應(yīng)用實例

在26000倍下觀測碳酸鈣粉末電子顯微分析技術(shù)付大友共45頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!2.3電子探針（AFM）

當探針與