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第二章 电子显微分析 Electron Micro-Analysis 电子光学基础 电子与固体物质的相互作用 透射电子显微分析 扫描电子显微分析 电子探针X射线显微分析 电子显微分析的应用 其他显微分析方法 案 例 1 案 例 2 案 例 3 案 例 4 案 例 5 案 例 6 问题2-1 什么是电子显微分析？ 电子显微分析的特点是什么？ 一、电子显微分析 ——是利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、显微结构、晶体结构和化学组成。 透射电子显微镜（TEM） 扫描电子显微镜（SEM） 电子探针（EPMA） 二、电子显微分析的应用 电子显微分析可用于研究物质的 微区形貌 显微结构 晶体结构 化学组成 三、电子显微分析的特点 高分辨率：0.2~0.3nm（线分辨率： 0.104~0.14）； 高放大倍数：15倍~100万倍（200万倍），且连续 可调； 是一种微区、选区分析方法：能进行nm尺度 的晶体结构、化学组成分析； 多功能、综合性分析：形貌、结构（显微结构、晶 体结构）、成份。 电子光学是研究带电粒子（电子、离子）在电场和磁场中运动，特别是在电场和磁场中偏转、聚焦和成像规律的一门科学。 本课程所涉及的电子光学仅局限于电子显微镜这类仪器中电子的运动规律——研究各种形式对称的电、磁场和电子运动轨迹。 分辨率与电子显微镜 电子的波性及波长 电子在电磁场中的运动和电磁透镜 电磁透镜的像差和理论分辨本领 电磁透镜的场深和焦深 电镜中电子光学系统的附加限制 涉及的电、磁场与时间无关，且处于真空中，即真空中的静场； 场中没有自由空间电荷或电流分布，即忽略了电子束本身的空间电荷和电流分布； 入射电子束轨迹必须满足离轴条件： （2-2）式表示电子轨迹相对于旋转对称轴的斜率极小，即张角很小，一般为10-2~10-3rad。 电子光学与几何光学的相似 仿照几何光学把电子运动轨迹看作光线，可用几何光学参数来表征（如焦点、焦距等）。 几何光学中用光传播介质的旋转对称面（如球面）作为折射面。 电子光学电镜成像系统中用旋转对称的电场、磁场的等位面作折射面。 问题2-2 什么是显微镜的分辨本领（分辨能力、分辨率），它和那些因素有什么关系？ 一、分辨率与电子显微镜 分辨率（分辨能力、分辨本领）：一个光学系统能分开两个物点的能力，数值上是刚能（清楚地）分开两个物点间的最小距离。 阿贝公式： r —分辨率 与λ成正比 对可见光：取λ=600nm r=200nm 电子束： λ=0.0388~0.00087nm r=0.1nm 问题2-3 电子的波性是什么？电子波长由什么决定？ 二、电子的波性及波长 1. 电子波性——De Broglie波 1924年，德布罗意提出了运动着的微观粒子（如中子、电子、离子等）也具有波粒二象性假说——运动着的微观粒子也伴随着一个波——物质波或德布罗意波。 2. 电子波长 初速度为0的电子从0电位到V电位时，电子的运动速度 为： 与X射线比较：X射线： λ= 0.05—0.25nm 电子波： λ= 0.0025—0.0054nm 问题2-3 什么是静电透镜、磁透镜？ 静电透镜和磁透镜各有什么特点？各用于电镜中的什么位置？ 三、电子在电磁场中的运动和电磁透镜 1.电子在静电场中的运动 电场力的加速作用 折射作用 当电子运动方向与电场方向不在一条直线上，电场力的作用不仅改变电子运动的能量，而且也改变电子的运动方向。 2. 静电透镜 静电透镜：一定形状的等电位曲面族可使电子束聚焦成像，产生这种旋转对称等电位曲面族的电极装置即为静电透镜。 静电透镜总是会聚透镜； 强电场导致镜筒内击穿和弧光放电。因此电场强度不能太高，静电透镜焦距较长，不能很好的矫正球差； 静电透镜用于电子枪中使电子束会聚成形。 3.电子在磁场中的运动 电子在磁场中运动时，受到磁场的作用 力——洛仑兹力：（左手定则） 电子在磁场中的受力和运动有以下三种情况： 与 平行：电子不受磁场影