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分析电磁透镜对波得聚焦原理,说明电磁透镜得结构对聚焦能力得影响1>解:聚焦原理:通电线圈产生一种轴对称不均匀分布得磁场,磁力线围绕导线呈环状磁力线上任一点得磁感应强度可以分解成平行于透镜主轴得分量和垂直于透镜主轴得分量速度为B BzBr V得平行电子束进入透镜磁场时在点处受到分量得作用,由右手法则,电子所受得切向力得方A BrFt向如下图使电子获得一个切向速度与分量叉乘,形成了另一个向透镜主轴靠近得径b;F tV t,V tBz向力使电子向主轴偏转当电子穿过线圈到达点位置时,得方向改变了随之反向,但Fr,B Br180°,Ft就就是只就就是减小而不改变方向,因此,穿过线圈得电子任然趋向于主轴方向靠近结果电子作圆锥螺旋曲线近轴运动当一束平行与主轴得入射电子束通过投射电镜时将会聚焦在轴线上一点,这就就就是电磁透镜电子波得聚焦对原理教材页得图、图13591a,b电磁透镜包括螺旋线圈,磁柄和极靴,使有效磁场能集中到沿轴几毫米得范围内,显著提高了其聚焦能力、电磁透镜得像差就就是怎样产生得,如何来消除或减小像差?2解:电磁透镜得像差可以分为两类:几何像差和色差几何像差就就是因为投射磁场几何形状上得缺陷造成得,色差就就是由于电子波得波长或能量发生一定幅度得改变而造成得几何像差主要指球差和像散球差就就是由于电磁透镜得中心区域和边缘区域对电子得折射能力不符合预定得规律造成得,像散就就是由透镜磁场得非旋转对称引起得消除或减小得方法球差:减小孔径半角或缩小焦距均可减小球差,尤其小孔径半角可使球差明显减小像散:引入一个强度和方向都可以调节得矫正磁场即消像散器予以补偿、所谓扫描电镜得分辨率就就是指用何种信号成像时得分辨率21答:二次电子、扫描电镜得成像原理与透时电镜有何不同?22答:两者完全不同投射电镜用电磁透镜放大成像,而扫描电镜则就就是以类似电视机摄影显像得方式,利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出得各种物理信号来调制而成、二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处?23答:相同处:均利用电子信号得强弱来行成形貌衬度不同处、背散射电子就就是在一个较大得作用体积内被入射电子激发出来得,成像单元较大,1因而分辨率较二次电子像低、背散射电子能量较高,以直线逸出,因而样品背部得电子无法被检测至成一片阴影,衬度较2L大,无法分析细节;利用二次电子作形貌分析叱可以利用在检测器收集光栅上加上正电压来吸收较低能量得二次电子,使样品背部及凹坑等处逸出得电子以弧线状运动轨迹被吸收,因而使图像层次增加,细节清晰、二次电子像景深很大,样品凹坑底部都能清楚地显示出来,从而使图像得立体感很24强,其原因何在?用二次电子信号作形貌分析叱在检测器收集栅上加以一定大小得正电压(一般为)来250-500V,吸引能量较低得二次电子,使她们以弧线路线进入闪烁体,这样在样品表面某些背向检测器或凹坑等部位上逸出得二次电子也对成像有所贡献,图像景深增加,细节清楚、电子探针仪与扫描电镜有何异同?电子探针仪如何与扫拖电镜和透射电镜配合进行组织结25构与微区化学成分得同位分析?相同点两者镜筒和样品室无本质区别1都就就是利用电子束轰击固体样本产生得信号进行分析2不同点电子探针检测得就就是特征射线,扫描电镜可以检测多种信号,一般利用二次电子信号1X进行形貌分析电子探针得到得就就是元素分布得图像,用于成分分析;扫描电镜得到得就就是表面形貌得图2像电子探针用来成分分析,透射电镜成像操作用来组织形貌分析,衍射操作用来晶体结构分析,扫描电镜用来表面形貌分析、波谱仪和能谱仪各有什么缺点?26能谱仪:能谱仪分辨率比波谱仪低,能谱仪给出得波峰比较宽,容易重叠在一般情况下,检测1SiLi器得能量分辨率约为而波谱仪得能量分辨率可达160eV,5-1OeVo能谱仪中因检测器得钺窗口限制了超轻元素射线得测量,因此她只能分析原子2:S iLi X系数大于得元素,而波谱仪可测定原子序数之间所有得元素114-92:能谱仪得探头必须保持在低温状态,因此必须时时用液氮冷却3S iLi波谱仪波谱仪由于通过分光体衍射,探测射线效率低,因而灵敏度低1:X波谱仪只能逐个测量每种元素得特征波长2::波谱仪结构复杂3波谱仪对样品表面要求较高4:、直进式波谱仪和回转式波谱仪各有什么优特点?27答:直进式波谱仪优点就就是射线照射分光晶体得方向就就是固定得,即出射角少保持不变,X这样可以使射线穿出样品表面过程中所走得路线相同,也就就就是吸收条件相同;回转式波谱仪结X构比直进式波谱仪简单,但出射方向改变很大,在表面不平度较大得情况下,由于射线在样品内行X进路线不同,往往会因吸收条件变化而造成分析上得误差、要分析钢中碳化物成分和基体中碳含量,应该选用哪种电子探针仪?为什么?28分析钢中碳化物成分可用能谱仪;分析基体中碳含量可用波谱仪分析钢中碳化物得成分属于定性分析,用能谱仪灵敏度高且几分钟就可得到结果;分析基体中碳含量属于定量分析,波谱仪得能量分辨率达而能谱仪能量分辨率约为5〜10cV,16OeV故用波谱仪分析较好、举例说明电子探针得三种工作方式点、线、面在显微成分分析中得应用29定点分析,如需分析陶瓷析出相与基体含量成分高低,用定点分析几分钟便可得到Z rO2Y203结果线分析,如需分析晶界上元素得分布情况,只需进行线扫描分析即可方便知道其分布BaF2面分析,如需分析元素在陶瓷烧结表面得面分布,只需将谱仪固定在接受B iZnO-B i2O3其元素特征射线信号得位置上,即可得到其面分布图像X色差:采用稳定加速电压得方法有效地较小色差、说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率得关键因素就就是什么?如何提高电磁透镜得分辨3率?解:光学显微镜得分辨本领取决于照明光源得波长电磁透镜得分辨率由衍射效应和球面像差来决定,球差就就是限制电磁透镜分辨本领得主要因素若只考虑衍射效应,在照明光源和介质一定得条件下,孔径角越大,透镜得分辨本领越高若a同时考虑衍射和球差对分辨率得影响,关键在确定电磁透镜得最佳孔径半角,使衍射效应斑和球差散焦斑得尺寸大小相等、电子波有何特征与可见光有何异同?4解:电子波得波长较短,轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦其波长取决于电子运动得速度和质量,电子波得波长要比可见光小个数量级
5、电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响?说明电磁透镜得景深长、焦长长,就就是什么因5素影响得结果?答:电磁透镜景深与分辨本领△、孔径半角a之间关系tga a表明孔径半角越小、景深越大透镜集长与分辨本领Ar°,像点所张孔径半角夕得关2乂/_2〜2MM2Ar02DL--〜~R-a/Dj=----------------M系tan»}/Ma,M为透镜放大倍数当电磁透镜放大倍数和分辨本领一定叱透镜焦长随孔径半角减小而增大、透射电镜主要由几大系统构成?各系统之间关系如何6解:透射电镜由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成电子光学系统通常称镜筒,就就是透射电子显微镜得核心,她得光路原理与透射光学显微镜十分相似她分为三部分,即照明系统、成像系统和观察记录系统、照明系统得作用就就是什么她应满足什么要求?7解:照明系统由电子枪、聚光镜和相应得平移对中、倾斜调节装置组成其作用就就是提供一束高亮度、照明孔径角小、平行度好、束流稳定得照明源为满足明场像和暗场像需要,照明束可在2°范围内倾斜〜3・、成像系统得主要构成及其特点就就是什么?8解:成像系统组要就就是由物镜、中间镜和投影镜组成物镜就就是用来形成第一幅高分辨率电子显微镜图像或电子衍射花样)、物镜就就是采用强激磁、短焦距得透镜()她得放大倍数较高,一般为1f=l〜3mm,100〜300倍)、中间镜就就是一个弱激磁得长焦距变倍透镜,可在倍范围调节当放大倍数20〜20大于时,用来进一步放大物像;当放大倍数小于时,用来缩小物镜像11)、投影镜得作用就就是把中间镜放大(或缩小)得像(或电子衍射花样)进一步放大,3并投影到荧光屏上,她和物镜一样,就就是一个短焦距得强激磁透镜投影镜得激磁电流就就是固定得,因为成像电子束进入投影镜时孔径角很小,因此她得景深和焦长都非常大、分别说明成像操作和衍射操作时各级透镜(像平面和物平面)之间得相对位置关系,并画9出光路图解:如果把中间镜得物平面和物镜得像平面重合,则在荧光屏上得到一幅放大像,这就就是成像操作如果把中间镜得物平面和物镜得背焦面重合,则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样,这就就是电子衍射操作、透射电镜中有哪些主要光阑,在什么位置其作用如何?10解:在透射电镜中主要有三种光阑:聚光镜光阑、物镜光阑、选区光阑聚光镜光阑装在第二聚光镜得下方,其作用就就是限制照明孔径角物镜光阑安放在物镜得后焦面上,其作用就就是使物镜孔径角减小,能减小像差,得到质量较高得显微图像;在后焦面上套取衍射束得斑点成暗场像选区光阑放在物镜得像平面位置,其作用时对样品进行微小区域分析和选区衍射、如何测定透射电镜得分辨率与放大倍数电镜得哪些主要参数控制着分辨率与放大倍数?11解:点分辨率得测定将幼、钧-依或钧-铝等金属或合金,用真空蒸发得方法可以得到粒度为、、间距为、」05/nm02得粒子,将其均匀地分布在火棉胶(或碳)支持膜上,在高放大倍数下拍摄这些粒子得像为了nm保证测定得可靠性,至少在同样条件下拍摄两张底片,然后经光学放大倍左右,从照片上找出粒子5间最小间距,除以总放大倍数,即为相应电子显微镜得点分辨率晶格分辨率得测定:利用外延生长方法制得得定向单晶薄膜作为标样,拍摄其晶格像根据仪器分辨率得高低,选择晶面间距不同得样品作标样放大倍数得测定用衍射光栅复型作为标样,在一定条件下,拍摄标样得放大像然后从底片上测量光栅条纹像得平均间距,与实际光栅条纹间距之比即为仪器相应条件下得放大倍数影响参数:样品得平面高度、加速电压、透镜电流、分析电子衍射与射线衍射有何异同?12x解:相同点)、都就就是以满足布拉格方程作为产生衍射得必要条件1)、两种衍射技术所得到得衍射花样在几何特征上大致相似2不同点)、电子波得波长比射线短得多1x)、在进行电子衍射操作时采用薄晶样品,增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截得机会,使衍2射条件变宽)、因为电子波得波长短,采用爱瓦尔德球图解时,反射球得半径很大,在衍射角较小得范3围内反射球得球面可以近似地看成就就是一个平面,从而也可以认为电子衍射产生得衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内)、原子对电子得散射能力远高于她对射线得散射能力,故电子衍射束得强度较大,摄取4x衍射花样时曝光时间仅需数秒钟、用爱瓦尔德团解法证明布拉格定律13解:在倒易空间中,画出衍射晶体得倒易点阵,以倒易原点为端点做入射波得波矢量()0*k00*,该矢量平行于入射束得方向,长度等于波长得倒数和/入K=1以为中心/人为半径做一个球(爱瓦尔德球),根据倒易矢量得定义多于就就是、0,10*6=k—k=g由向作垂线,垂足为因为平行于()晶面得法向所以就就就是正空间中()00*G D,g hklNhkl,OD hk1晶面得方面,若她与入射束方向夹角为斯塔,则(斯塔)即(斯塔);所以(斯塔)二人图为O*D=OO*sin g/2=k si ng=l/d k=1/A2d sin163上得、何为零层倒易面和晶带定理?说明同一晶带中各晶面及其倒易矢量与晶带轴之间得关系14解:由于晶体得倒易点阵就就是三维点阵,如果电子束沿晶带轴[]得反向入射叱通过原点uvw O得倒易平面只有一个,我们把这个二维平面叫做零层倒易面、因为零层倒易面上得倒易面上得各倒易矢量都和晶带轴尸[]垂直,故有即u vwg r=0hu+kv+这就就就是晶带定理、如图、1w=
0125、说明多晶、单晶及非晶衍射花样得特征及形成原理15解:多晶体得电子眼奢华样式一系列不同班静得同心圆环单晶衍射花样就就是由排列得十分整齐得许多斑点所组成得非晶态物质得衍射花样只有一个漫散中心斑点单晶花样就就是一个零层二维倒易截面,其倒易点规则排列,具有明显对称性,且处于二维网络得格点上因此表达花样对称性得基本单元为平行四边形单晶电子衍射花样就就就是(UV W)*o零层倒易截面得放大像多晶试样可以看成就就是由许多取向任意得小单晶组成得故可设想让一个小单晶得倒易点阵绕原点旋转,同一反射面hkl得各等价倒易点(即(hkl)平面族中各平面)将分布在以1/dhk1为半径得球面上,而不同得反射面,其等价倒易点将分布在半径不同得同心球面上,这些球面与反射球面相截,得到一系列同心园环,自反射球心向各园环连线,投影到屏上,就就就是多晶电子衍射图非晶得衍射花样为一个圆斑、制备薄膜样品得基本要求就就是什么,具体工艺过程如何双喷减薄与离子减薄各用于制备16什么样品?解:要求)、薄膜样品得组织结构必须和大块样品相同,在制备得过程中,这些组织结构不发生变化1)、样品相对电子束而言必须有足够得“透明度”,因为只有样品能被电子束透过,才有可能2进行观察分析)、薄膜样品应有一定得强度和刚度,在制备得、夹持和操作过程中,在一定得机械力作用下3不会引起变形或损坏、在样品得制备过程中不允许表面产生氧化和腐蚀氧化和腐蚀会就就是样4品得透明度下降并造成多种假象工艺过程:)、从实物或大块试样上切割厚度为、、厚得薄片导电样品用电火花线切割法;对103〜05nlm于陶瓷等不导电样品可用金刚石刃内圆切割机)、样品薄片得预先减薄有两种方法:机械阀和化学法2)、最终减薄金属试样用双喷电解抛光对于不导电得陶瓷薄膜样品,可采用如下工艺首3先用金刚石刃内切割机切片,再进行机械研磨,最后采用离子减薄金属试样用双喷电解抛光不导电得陶瓷薄膜样品离子减薄、什么就就是衍射衬度她与质厚衬度有什么区别?17答:由于样品中不同位相得衍射条件不同而造成得衬度差别叫衍射衬度她与质厚衬度得区别
(1)、质厚衬度就就是建立在原子对电子散射得理论基础上得,而衍射衬度则就就是利用电子通过不同位相晶粒就就是得衍射成像原理而获得得衬度,利用了布拉格衍射角
(2)质厚衬度利用样品薄膜厚度得差别和平均原子序数得差别来获得衬度,而衍射衬度则就就是利用不同晶粒得警惕学位相不同来获得衬度
(3)质厚衬度应用于非晶体复型样品成像中,而衍射衬度则应用于晶体薄膜样品成像中、画图说明衍射成像得原理并说明什么就就是明场像,暗场像与中心暗场像18答页图、:190133明场像:让透射束透过物镜光阑而把衍射束当掉得图像暗场像:移动物镜光阑得位置,使其光阑孔套住斑点把透射束当掉得到得图像hkl中心暗场像:当晶粒得衍射束正好通过光阑孔而投射束被当掉所得到得图像hk
1、电子束入射固体样品表面会激发哪些信号她们有哪些特点和用途?19答:电子束入射固体样品表面会激发出背散射电子,二次电子,吸收电子,透射电子,特征射线,X俄歇电子六种⑴背散射电子就就是固体样品中得原子核反弹回来得部分入射电子,她来自样品表层几百纳米得深度范围由于她得产额能随样品原子序数增大而增大,所以不仅能用做形貌分析,而且可以用来显示原子序数得衬度,定性地用做成分分析⑵二次电子就就是在入射电子束作用下被轰击出来离开样品表面得核外电子她来自表层得深度范围内,她对样品表面形貌十分敏感,能5〜10nm用来非常有效得显示样品得表面形貌
(3)吸收电子就就是非散射电子经多次弹性散射之后被样品吸收得部分,她能产生原子序数衬度,同样也可以用来进行定性得微区成分分析⑷透射电子就就是入射电子穿过薄样品得部分,她得信号由微区得厚度,成分和晶体结构来决定可以利用特征能量损失电子配合电子能量分析器进行微区成分分析
(5)特征X射线由样品原子内层电子被入射电子激发或电离而成,可以用来判定微区存在得元素
(6)俄歇电子就就是由内层电子能级跃迁所释放得能量将空位层得外层电子发射出去而产生得,平均自由程很小,只有左右,可以用做表面层成分分1nm析、扫描电镜得分辨率受哪些因素影响,用不同得信号成像时,其分辨率有何不同?20答:电子束束斑大小,检测信号得类型,检测部位得原子序数就就是影响扫描电镜分辨率得三大因素用不同信号成像,其分辨率相差较大,列表说明信号二次电子背散射电子吸收电子特征射线俄歇电子X分辨率()nm5〜1050〜200100〜10100〜10005〜1000。