衍射衬度成像原理慕课视频播放-材料现代研究方法-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

同学你好

这节课我们来学习衍射衬度成像原理

非晶态复型样品

是依据质量厚度衬度的原理成像的

而晶体薄膜样品的厚度大致均匀

并且平均原子序数

也没有明显的差别

因此不可能利用质厚衬度

来获得满意的图像反差

为此需要寻找新的成像方法

那就是所谓的衍射衬度成像

即衍衬成像

我们这节课

就来介绍一下衍射衬度成像原理

我们以单相的多晶体薄膜样品为例

说明如何利用衍衬成像原理

获得图像的衬度

我们可以看一下

如这张图所示

在薄膜样品中

有两个晶粒

A晶粒和B晶粒

它们之间唯一的差别

是在于它们的晶体学位向是不同的

如果在入射电子束的照射下B晶粒中

hkl晶面组恰好是与入射方向

能够交成精确的布拉格角

θB的话

那么其余的晶面

均会与衍射条件

会存在较大的偏差

也就是说只有B晶粒

满足布拉格条件

B晶粒的位向

也就满足了双光束的条件

这个时候

B晶粒的选区衍射花样中

hkl的斑点会特别亮

也就是说

它的hkl晶面的衍射束

会是最强的

我们会得到这样的衍射斑点

如果

我们假定样品是足够薄的

那么入射电子的吸收效应是可以不予考虑的

这样就在所谓的双光束条件下

可以忽略掉所有其它较弱的衍射束

那么

强度为I0的入射电子束在B晶粒区域内

经过散射后

将会成为强度为Ihkl的

这样的一个衍射束

以及强度为I0减去Ihkl的

这样的透射束两个部分

同时如果我们设想与B晶粒位向不同的A晶粒内

所有的晶面都与布拉格条件会存在较大的偏差

这个时候

如果在A晶粒中进行选区衍射的

那么它的花样将不会出现任何的强衍射斑点

只有中心的透射斑点

或者是说

它的所有的衍射束的强度

均可以视为零

所以我们可以得到A晶粒区域的透射束强度

是仍然接近于入射束强度I0的

那么由于在电子衍射中

样品的第一幅衍射花样会出现在物镜的背焦面上

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的衍射束遮挡掉

只让透射束通过光阑孔

并且达到像平面

则构成了样品的第一幅放大像

这个时候

两个晶粒的像的亮度会有所不同

因为我们知道

A晶粒的亮度

是等于I0的

而B晶粒的亮度

是等于这个I0减去Ihkl

如果以A晶粒的亮度IA视为背景强度

那么相应的B晶粒的衬度

就可以表示成这样的一个公式

我们可以看到IA减去IB比上IA

把上面的这个已知条件带进去

那么

它的这个B晶粒的像衬度就等于

Ihkl比上I0

于是在荧光屏上

将会看到B晶粒较暗

而A晶粒是较亮的

这种由于样品中不同位向的晶体衍射条件不同

而造成的衬度差别

称之为衍射衬度

这种让透射束通过物镜光阑

而把衍射束遮挡掉

而得到图像衬度的方法

我们称之为明场成像

这样所得到的像

就为明场像

如果我们把刚才图中的物镜光阑的位置移动一下

让这个光阑孔

套住hkl的这个衍射斑点

而把透射束挡掉

那么相应的就会得到暗场像

但是由于这个时候所用的成像

是离轴的光线

所得的图像质量不高

会有严重的像差

所以习惯上

会以另外一种的方式来进行暗场成像

也就是说

让入射束的方向发生一个倾斜

使它倾斜一个2θ的一个角度

这样的话

使得B晶粒的-h-k-l的这个晶面组

处于强烈衍射的一个位向上

这样使得B晶粒中的-h-k-l晶面组

处于强烈衍射的位向

而物镜光阑

仍然在光轴的位置上

这个时候只有B晶粒的-h-k-l

它的这个衍射束是正好通过了我们的这个光阑孔

而透射束则被挡掉了

这种方法

称之为中心暗场成像方法

B晶粒的像亮度IB

是等于I -h-k-l

而A晶粒由于在该方向上的散射度极小

像亮度几乎是为零的

那么这个时候

如果我们以亮的晶粒B为背景时

那么相应的A晶粒衬度

我们可以代入到公式来进行计算

我们可以看到A晶粒的衬度

是近乎是等于1的

这个图像的衬度特征恰好是与明场像是相反的

B晶粒较亮

而A晶粒是较暗的

很显然

在暗场像的衬度

将明显的高于明场像

在金属薄膜的透射电子显微分析中

暗场成像是一种十分有用的技术

这个图中

是给出了透射电镜下所拍摄到的钢中的第二相

和晶界处的明场像和暗场像的照片

我们可以看到在这个图片中

上下两张照片是同一个位置拍摄的

明场像与暗场像它所相对应的

通过上述单相多晶薄膜的例子说明

在衍衬成像方法中

某一个最符合布拉格条件的hkl晶面组强衍射束

起着十分关键的作用

因为它直接决定了图像的衬度

特别是在暗场条件下

像点的亮度

直接等于样品上相应物点

在光阑孔所选定那个方向上的衍射强度

而明场像的衬度特征

在不考虑吸收条件时

是跟它互补的

正是因为衍衬图像

完全是由衍射衬度的差别所造成的

所以这种图像

必将是样品内不同部位晶体学特征的直接反映

好这节课就讲到这里

材料现代研究方法课程列表：

第一章晶体学概要

-1.1 晶体、空间点阵及晶体学参数

-1.2 倒易点阵

-1.3 晶体的宏观对称

-1.4 晶体的微观对称

-1.5 倒易点阵

-1.6 倒易点阵的应用

-1.7 晶体投影

-1.8 晶体投影的应用

-1.9 单晶体标准投影图

-1.9 单晶体标准投影图--作业

第二章 X射线及其与物质的相互作用

-2.1 X射线的产生

-2.2 X射线与物质的相互作用

-2.3 X射线的吸收限与滤波片

-2.4 连续X射线

-2.5 特征X射线

-2.5 特征X射线--作业

第三章 X射线衍射实验基础

-3.1 一个电子对X射线的散射

-3.2 一个原子对X射线的散射

-3.3 简单晶体对X 射线的衍射

-3.4 复杂晶体对X射线的衍射

-3.5 爱瓦德作图法

-3.5 爱瓦德作图法--作业

第四章 X射线衍射基本实验技术

-4.1 粉末照相法

-4.2 多晶衍射仪

-4.3 多晶体衍射峰特征

-4.4 多晶体衍射峰强度

-4.5 多晶体花样分析

-4.5 多晶体花样分析--作业

第五章 X射线衍射技术的应用

-5.1 晶块尺寸与微观应力的宽化

-5.2 晶胞常数的精确确定

-5.3 宏观应力的测定

-5.4 织构的表征

-5.5 织构的测定

-5.6 织构分析

-5.7 物相定性分析

-5.8 物相定量分析

-5.8 物相定量分析--作业

第六章电子光学基础

-6.1 电子波与电磁透镜

--电子波与电磁透镜

-6.2 电磁透镜的像差与分辨率

--电磁透镜的像差与分辨率

-6.3 电磁透镜的景深和焦长

--电磁透镜的景深和焦长

-6.3 电磁透镜的景深和焦长--作业

第七章透射电子显微镜

-7.1 透射电子显微镜的结构与成像原理

--透射电子显微镜的结构与成像原理

-7.2 透射电子显微镜主要部件的结构与工作原理

--透射电子显微镜主要部件的结构与工作原理

-7.3 透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定

--透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定

-7.4 透射电子显微镜样品制备

--透射电子显微镜样品制备

-7.4 透射电子显微镜样品制备--作业

第八章电子衍射

-8.1 概述

--概述

-8.2 电子衍射原理

-8.3 晶带定律与零层倒易截面

-8.4 倒易阵点的扩展与偏移矢量

-8.5 倒易阵点与电子衍射图的关系

-8.6 衍射斑点指数化

-8.7 选区电子衍射

-8.8 单晶电子衍射花样的标定

-8.9 复杂电子衍射花样的标定

-8.9 复杂电子衍射花样的标定--作业

第九章电子衍射衬度成像

-9.1 衍射衬度成像原理

-9.2 消光距离

-9.3 衍衬运动学

-9.4 衍衬动力学简介

-9.5 晶体缺陷分析

-9.5 晶体缺陷分析--作业

第十章扫描电子显微镜

-10.1 电子束与固体样品作用时产生的信号

--电子束与固体样品作用时产生的信号

-10.2 扫描电子显微镜的构造和工作原理

-10.3 扫描电子显微镜的主要性能

-10.4 表面形貌衬度原理及其应用

-10.5 原子序数衬度原理及其应用

-10.6 电子探针仪的结构与工作原理

-10.7 电子探针仪的分析方法及应用

-10.7 电子探针仪的分析方法及应用--作业

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