材 料 电 子 显 微 学绪论精要.ppt

要提高显微镜的分辨本领，关键是要有短波长的照明源。必须寻找一种波长短，且能使之聚焦成像的新型的照明源，才有可能突破光学显微镜分辨本领和放大倍数的理论极限。 显微镜的发展历史 ——20世纪 1924年法国科学家德.布罗意（De Broglie）提出物质粒子的波动性假说，λ=h/p; 1926-1927年，Davisson和Germer以及Thompson Reid用电子衍射现象验证了电子的波动性，发现电子波长比X光还要短； 50kv加速电压下，电子的波长大约为0.05? 德国科学家加博尔(Gabor)和布施(Busch)发现短焦距、有会聚能力的线圈对电子能起透镜的作用，就如同普通的可见光通过光学透镜被折射聚焦一样。 * 德布罗意波的实验验证--电子衍射实验 探测器 电子束 电子枪 镍单晶 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 1927年 C.J. Davisson G.P. Germer 戴维森与 革末用电子束垂直投射到镍单晶，做电子轰击锌板的实验，随着镍的取向变化，电子束的强度也在变化，这种现象很像一束波绕过障碍物时发生的衍射那样。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释。 同时英国物理学家G.P. Thompson Reid也独立完成了电子衍射实验。电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象X射线一样产生衍射现象。 德布罗意理论从此得到了有力的证实，获得1929年的诺贝尔物理学奖金，Davisson和Thompson则共同分享了1937年的诺贝尔物理学奖金。 显微镜的发展历史 ——20世纪 鲁斯卡（Ruska）的早期工作 第一件工作：系统的研究单个磁场（磁 透镜）的光学行为。 第二件工作：一个磁透镜形成的电子像 有没有可能被第二个磁透镜再进一步的 放大。 * 显微镜的发展历史 ——20世纪 1931—1933年间，德国学者诺尔(Knoll)和鲁斯卡(Ruska)做出了世界上第一台透射电子显微镜。 放大倍数17.4 1938年，鲁斯卡（Ruska）成功研制出了世界上第一台真正实用的透射电子显微镜。分辨本领可达100?，比光学显微镜提高了20倍。 1939年，德国Siemens-Halske(西门子-哈尔斯科)公司以这台电子显微镜为样机生产了世界上第一批（约40台）商品电子显微镜。并在战后运到了其他国家。 人类从光学显微镜的时代进入了电子显微镜的时代 显微镜的发展历史 ——20世纪 Knoll为了研究二次发射现象，在1935年设计的一台仪器被认为是第一台扫描电子显微镜 第一台可以用来做检测样品的扫描电镜是1942年，Zworykin (兹沃尔金)etal 在美国RCA实验室建造的，分辨率50nm左右 二战后?英国剑桥大学工程系的Charles Oatley(奥脱莱)和他的学生McMullan在英格兰建造了他们的第一台SEM,到1952年，他们实现了50nm的分辨率。扫描电镜具备的潜能，开始受到商业重视 显微镜的发展历史 ——20世纪 X射线 显微镜的发展历史 ——20世纪 1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig（宾尼希）和Heinrich Rohrer（罗雷尔）发明了扫描隧道显微镜（STM）。 扫描隧道显微镜下的由单个原子构成的“IBM”字样 Ernst Ruska，Gerd Binnig和Heinrich Rohrer（从左至右）分别因为发明电子显微镜和扫描隧道显微镜而分享1986年的诺贝尔物理学奖 显微镜的发展历史 ——20世纪 第一个阶段：30年代到50年代 第二个阶段：50年代到60年代 第三个阶段：60年代到70年代 第四个阶段：70年代至今 电子显微镜发展的四个阶段 扫描电子显微镜（SEM） 超高压透射电镜（TEM） * 透射电镜（TEM） ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 原子力显微镜（AFM） 其它型式的显微镜 扫描隧道显微镜（STM） 磁力显微镜（MFM） 电子显微镜的应用 微观结构 化学成分、元素分布、组成相的形貌（包括形状、大小和分布）和晶体结构、各个组成相之间的取向关系和界面状态，以及晶体缺陷的密度和组态等 材料性能 微区分析 Methods of microstructure analysis The most commonly used microstruc