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1、現(xiàn)代儀器分析電子顯微分析技術2016.03.14陳芳kenobi@163.com115257155137教八108觀察事物的需要----電子顯微鏡放大和分辨率2本部分的主要內容和目的：1、了解電子與物質的交互作用以及電磁透鏡分辨率的影響因素；2、了解掃描電鏡的基本結構及其工作原理，掌握原子序數(shù)襯度、表面形貌襯度及其在材料領域的應用；4、了解能譜儀的結構及工作原理，掌握點分析，線掃描，面分布在材料分析中的應用；3、了解透射電鏡的基本結構和工作原理，掌握粉末樣品的制備及其透射電子顯微分析；3瑞利判據(jù):對于兩個等光強
2、的非相干物點,如果其一個象斑的中心恰好落在另一象斑的邊緣(第一暗紋處),則此兩物點被認為是剛剛可以分辨。兩艾里斑中心距小于艾里斑半徑,兩象點不能分辨。觀察屏衍射屏L(艾里斑剛可分辨不可分辨θ1λ)圓孔孔徑為DfRI/Io相對光10強曲線01.22(λ/D)sinθ中央為亮斑,外圍為一些同心亮環(huán).光強主要在中央亮斑區(qū)(84%)——艾里(Airy)斑。艾里斑4透鏡分辨率通常把兩個Airy斑中心間距等于Airy斑半徑時，物平面上相應的兩個物點間距（Δr）定義為透鏡能分辨的最小間距，0即透鏡分辨率（也稱分辨本領）。由式
3、1-1得：0.61λ即?r0=（1-1）nsinα對于光學透鏡，當n?sinα做到最大時（n≈1.5，α≈70-75°），式（1-2）簡化為：λ?r0≈（1-2）25有效放大倍數(shù)?上式說明，光學透鏡的分辨本領主要取決于照明源的波長。半波長是光學顯微鏡分辨率的理論極限?？梢姽獾淖疃滩ㄩL是390nm，也就是說光學顯微鏡的最高分辨率是≈200nm。?一般地，人眼的分辨本領是大約0.2mm，光學顯微鏡的最大分辨率大約是0.2μm。把0.2μm放大到0.2mm讓人眼能分辨的放大倍數(shù)是1000倍。這個放大倍數(shù)稱之為有效放大
4、倍數(shù)。光學顯微鏡的分辨率在0.2μm時，其有效放大倍數(shù)是1000倍。?光學顯微鏡的放大倍數(shù)可以做的更高，但是，高出的部分對提高分辨率沒有貢獻，僅僅是讓人眼觀察更舒服而已。所以光學顯微鏡的放大倍數(shù)一般最高在1000-1500之間。如何提高顯微鏡的分辨率?根據(jù)式（1-2），要想提高顯微鏡的分辨率，關鍵是降低照明光源的波長。?順著電磁波譜朝短波長方向尋找，紫外光的波長在13-390nm之間，比可見光短多了。但是大多數(shù)物質都強烈地吸收紫外光，因此紫外光難以作為照明光源。?更短的波長是X射線。但是，迄今為止還沒有找到能使
5、X射線改變方向、發(fā)生折射和聚焦成象的物質，也就是說還沒有使X射線聚焦的透鏡存在。因此X射線也不能作為顯微鏡的照明光源。?除了電磁波譜外，在物質波中，電子波不僅具有短波長，而且存在使之發(fā)生折射聚焦的物質。所以電子波可以作為照明光源，由此形成電子顯微鏡。電子波波長?根據(jù)德布羅意（deBroglie）的觀點，運動的電子除了具有粒子性外，還具有波動性。這一點上和可見光相似。電子波的波長取決于電子運動的相對運動速度和相對質量，即hλ=（1-3）mv式中，h為普郎克常數(shù)：h=6.626×10-34J.s；m為電子相對質量；
6、v為電子相對運動速度，它和加速電壓U之間存在如下關系：122eUmv=eU即v=（1-4）2m式中e為電子所帶電荷，e=1.6×10-19C。?將（1-5）式和（1-4）式整理得：hλ=（1-5）2emU將常數(shù)代入上式，并注意到電子電荷e的單位為庫侖，h的單位為J·s，我們將得到：1.226λ=nmU表9-1不同加速電壓下的電子波長加速電壓/kV2030501002005001000電子波長/10-3nm8.596.985.363.702.511.420.6879電磁透鏡?電子波和光波不同，不能通過玻璃透鏡會聚
7、成像。但是軸對稱的非均勻電場和磁場則可以讓電子束折射，從而產生電子束的會聚與發(fā)散，達到成像的目的。人們把用靜電場構成的透鏡稱之“靜電透鏡”；把電磁線圈產生的磁場所構成的透鏡稱之“電磁透鏡”。電子顯微鏡中用磁場來使電子波聚焦成像的裝置就是電磁透鏡。?電子在磁場中運動，當電子運動方向與磁感應強度方向不平行時，將產生一個與運動方向垂直的力（洛侖茲力）使電子運動方向發(fā)生偏轉。?右圖是一個電磁線圈。當電子沿線圈軸線運動時，電子運動方向與磁感應強度方向一致，電子不受力，以直線運動通過線圈；當電子運動偏離軸線時，電子受磁場力
8、的作用，運動方向發(fā)生偏轉，最后會聚在軸線上的一點。電子運動的軌跡是一個圓錐螺旋曲線。圖1-1電磁透鏡的聚焦原理示意圖?在實際應用中，電磁透鏡中為了增強磁感應強度，通常將線圈置于一個由軟磁材料（純鐵或低碳鋼）制成的具有內環(huán)形間隙的殼子里。此時線圈的磁力線都集中在殼內，磁感應強度得以加強。狹縫的間隙越小，磁場強度越強，對電子的折射能力越大。?為了使線圈內的磁場強度進一步增強，可以在電磁線圈
