第二章 电子显微分析.pptVIP

第二章 电子显微分析 第一节 基本原理 显微镜 眼晴的局限性 准确性、灵敏性、适应性和精密的分辨能力。 人眼观察物体的粒度极限为0.1mm！ 光学显微镜 可以看到象： 细菌、细胞 那样小的物体。但光学显微镜超过一定放大率以后就失去了作用，最好的光学显微镜的放大极限是： 2000倍 阿贝(Abbe E.K.) 定律 阿贝定律的意义 由阿贝定律知： 减小r值的途径有： (1)↑(物镜的数值孔径)N.A，即↑n和α (2)↓λ 当用可见光作光源，采用组合透镜、大的孔径角(即用高倍数物镜)以及高折射率介质浸没物镜时，数值孔径N.A可提高到1.5～1.6。 得r≌λ/2 光学显微镜的极限分辨本领大约是所使用的照明光线波长的一半 德布洛依电子波概念 X射线的波长很短，在0.05～10nm范围，但是至今还不知道有什么物质能使X射线有效地改变方向、折射和聚焦成像，即X射线很难操纵。 任何运动的微观粒子伴随着一个波。他预言，这种伴随着粒子的波，其波长与粒子的质量和速度的乘积与反比，即： ? 由于电子在电场或磁场中易于改变运动的方向。且电子波的波长比可见光波短得多，所以电子显微镜在高放大倍数时所能达到的分辨率比光学显微镜高得多。 电子显微镜的发展简史 ● 1932年克诺尔(Knoll M.)和鲁斯卡(Ruska E.)在德国制作了第一台透射电镜TEM TEM--Transmission Electron Microscope ● 1939年，商品电子显微镜已在市场上出现，德国西门子公司生产了分辨本领优于10nm的商品电子显微镜。 ●我国1959年开始制造电镜。 ●现代透射电镜的放大倍数可以达到200万倍以上，其分辨本领已经达到原子大小的水平。 电子光源1 初速度的电子，受到电位差为U的电场加速获得能量，根据能量守恒原理，假设Ｕ不太高，电子获得的动能为： 有 由 电子的波长为： 电子光源2 电子显微镜电压一般大小几十kV，此时电子的速度接近光速，必须考虑相对论效应。 另外，在电位差为U的电场作用下，一个静止电子所获得的动能等于电子的总能量mc2与静止能量m0c2之差，即： 电子光源3 由上两式可得： 因此电子的速度为： 电子的波长计算公式为： 电子光源4 常用加速电压与电子波的波长： 透射电镜的加速电压一般在50～100kV，电子的波长在0.00536～0.00370nm比可见光的波长小几十万倍。比结构分析中常用的X射线的波长也小1～2个数量级。 电子透镜---电子光学折射定律 电子在静电场中受到的洛伦兹力(Lorentz)为 : 式中 为电场强度矢量。 电子透镜---电子光学折射定律 如果电子不是沿着电场的方向运动(沿电场为直线运动)，电场将使运动的电子发生折射。电子从电位为U1的区域进入电位为U2的区域(界面为AB)，如图所示： 电子透镜---电子光学折射定律 在界面处，电子速度由 ( 是它们相应的切向分量，由于在平行于界面的方向没有电场力的作用，因此有： 这里α1,α2为电子运动方向与电场等位面的法线间的夹角。 静电透镜 ● 阴极: 零电位 ● 阳极: 正电位 ● 控制极: 负电位。 阴极尖端附近的自由电子在阳极作用下获得加速度。控制极附近的电场(推着电子)对电子起会聚作用，阳极附近的电场对电子有“拉”作用，即有发散作用，但因这时电了的速度很大，所以发散作用较小。 静电透镜---受力分析 电子在控制极附近时(A点)。电场强度矢量E垂直于电场等位面，指向电位低的方向，电子受到的作用力F与E的方向相反： F→Fz,Fr (Fz: 平行对称轴, Fr向对称轴) Fz和Fr的作用使各个方向的电子向轴靠近，形成向轴会聚的电子束。 在阳极附近，如在B点： F→Fz,Fr (Fr背离对称轴的方向) 这时电子束受到发散作用，但由于电子的速度已经很大，故发散作用较小。这一电子光学系统与玻璃光学透镜系统极为相似。 静电透镜---结论 轴对称的弯曲电场对电子束有会聚成像的性质，这种 对称的电场系统----被称为静电电子透镜(简称静电透镜)。 静电透镜主要用做各种电子显微镜的电子枪，因为只有静电场才可能使自由电子增加动能，从而得到高速运动电子构成的电子束。 磁透镜 ---原理 磁透镜 ---