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第一篇 基本概念3

第1章 透射电子显微镜3

章节预览3

1.1 TEM可以研究哪些材料？4

1.2 为什么使用电子？5

1.2.1 简史5

1.2.2 显微学方法和分辨率概念6

1.2.3 电子与物质的相互作用10

1.2.4 景深和焦深12

1.2.5 衍射13

1.3 TEM的局限性14

1.3.1 取样14

1.3.2 解释透射像14

1.3.3 电子束损伤与安全15

1.3.4 样品制备16

1.4 不同类型的TEM17

1.5 电子的基本性质19

1.6 显微学方法的网络资源21

1.6.1 与显微学方法和分析相关的网址22

1.6.2 显微学方法和分析软件23

章节总结26

参考文献26

自测题33

章节具体问题34

第2章 散射和衍射37

章节预览37

2.1 我们为什么对电子散射感兴趣？38

2.2 散射和衍射术语40

2.3 散射角43

2.4 相互作用的散射截面和微分散射截面44

2.4.1 孤立原子的散射45

2.4.2 来自样品的散射46

2.4.3 一些数字46

2.5 平均自由程47

2.6 TEM中如何利用散射49

2.7 与X射线衍射的比较49

2.8 夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射50

2.9 光的狭缝衍射和圆孔衍射51

2.9.1 双缝（杨氏双缝实验）51

2.9.2 多缝（衍射光栅）52

2.9.3 单一宽缝52

2.9.4 圆孔散射55

2.9.5 为什么这与电镜有关？56

2.10 相长干涉56

2.11 角度表示56

2.12 电子衍射花样57

章节总结59

参考文献60

自测题61

章节具体问题62

第3章 弹性散射63

章节预览63

3.1 粒子和波64

3.2 弹性散射机制65

3.3 孤立原子的散射67

3.4 卢瑟福散射截面67

3.5 卢瑟福散射截面的修正68

3.6 卢瑟福散射电子的相干性71

3.7 原子散射因子72

3.8 f（θ）的来源74

3.9 结构因子F（θ）76

3.10 简单衍射概念77

3.10.1 电子波的干涉、透射束和衍射束的产生78

3.10.2 衍射方程79

章节总结81

参考文献82

自测题83

章节具体问题84

第4章 非弹性散射和电子束损伤85

章节预览85

4.1 TEM中的非弹性散射过程86

4.2 X射线发射88

4.2.1 特征X射线88

4.2.2 轫致辐射95

4.3 二次电子发射97

4.3.1 二次电子97

4.3.2 俄歇电子98

4.4 电子－空穴对和阴极发光（CL）99

4.5 等离子体和声子100

4.6 电子束损伤103

4.6.1 电子剂量104

4.6.2 样品加热105

4.6.3 聚合物中的电子束损伤105

4.6.4 共价和离子晶体中的电子束损伤106

4.6.5 金属中的电子束损伤107

4.6.6 溅射109

章节总结110

参考文献110

自测题112

章节具体问题113

第5章 电子源115

章节预览115

5.1 不同类型电子源的物理机制116

5.1.1 热发射116

5.1.2 场发射117

5.2 电子束的特征118

5.2.1 亮度118

5.2.2 时间相干性和能量发散120

5.2.3 空间相干性和电子源尺寸121

5.2.4 稳定性122

5.3 电子枪122

5.3.1 热电子枪123

5.3.2 场发射枪（FEG）127

5.4 电子枪的比较128

5.5 电子枪特性的测量129

5.5.1 束流130

5.5.2 会聚角131

5.5.3 束斑直径的计算132

5.5.4 束斑直径的测量134

5.5.5 能量发散度136

5.5.6 空间相干性136

5.6 加速电压的选择137

章节总结137

参考文献138

自测题139

章节具体问题140

第6章 透镜、光阑和分辨率141

章节预览141

6.1 为什么要了解透镜？142

6.2 光学和电子光学143

6.2.1 如何画光路图143

6.2.2 基本光学元素147

6.2.3 透镜方程148

6.2.4 放大、缩小和聚焦148

6.3 电磁透镜151

6.3.1 极靴和线圈151

6.3.2 不同类型的透镜152

6.3.3 通过磁场的电子运动轨迹155

6.3.4 像旋转和最佳物平面158

6.3.5 电子束的偏转158

6.4 光阑和光圈159

6.5 真实透镜及其问题161

6.5.1 球差161

6.5.2 色差164

6.5.3 像散166

6.6 电磁透镜的分辨率（和最终的TEM分辨率）166

6.6.1 理论分辨率（衍射限制分辨率）167

6.6.2 球差导致的实际分辨率169

6.6.3 色差导致的样品限制分辨率170

6.6.4 定义的混淆171

6.7 焦深和景深172

章节总结174

参考文献175

自测题177

章节具体问题178

第7章 如何“看见”电子181

章节预览181

7.1 电子探测和显示182

7.2 观察屏183

7.3 电子探测器184

7.3.1 半导体探测器185

7.3.2 闪烁体－光电倍增探测器／TV相机187

7.3.3 电荷耦合器件（CCD）探测器189

7.3.4 法拉第杯191

7.4 对不同信号的探测器种类选择193

7.5 图像记录195

7.5.1 感光乳剂195

7.5.2 其他图像记录方法196

7.6 扫描图像和静态TEM图像的对比196

章节总结197

参考文献197

自测题198

章节具体问题199

第8章 真空泵和样品杆201

章节预览201

8.1 真空202

8.2 粗真空泵203

8.3 高／超高真空泵204

8.3.1 扩散泵204

8.3.2 涡轮分子泵205

8.3.3 离子泵206

8.3.4 低温（吸附）泵206

8.4 完整真空系统207

8.5 检漏209

8.6 污染：碳氢化合物和水汽209

8.7 样品杆和测角台210

8.8 侧插式样品杆211

8.9 顶插式样品杆212

8.10 倾斜和旋转样品杆213

8.11 原位样品杆215

8.12 等离子清洗器218

章节总结220

参考文献221

自测题221

章节具体问题222

第9章 设备225

章节预览225

9.1 照明系统226

9.1.1 平行束的TEM操作226

9.1.2 会聚束（S）TEM模式229

9.1.3 聚光物镜230

9.1.4 平移和倾转电子束233

9.1.5 C2光阑合轴234

9.1.6 聚光镜缺陷235

9.1.7 校准237

9.2 物镜和测角台239

9.3 形成衍射花样和像：TEM成像系统240

9.3.1 选区衍射241

9.3.2 明场像和暗场像244

9.3.3 中心暗场像操作246

9.3.4 空心锥衍射与暗场像247

9.4 形成衍射花样和像：STEM成像系统249

9.4.1 明场STEM像251

9.4.2 暗场STEM像253

9.4.3 环形暗场像253

9.4.4 STEM中的放大倍数254

9.5 合轴和消像散254

9.5.1 透镜旋转中心254

9.5.2 成像透镜像散校正256

9.6 成像系统的校准258

9.6.1 放大倍数的校准258

9.6.2 相机长度校准261

9.6.3 图像相对于衍射花样的旋转264

9.6.4 图像和衍射花样的空间关系266

9.7 其他校准266

章节总结268

参考文献268

自测题270

章节具体问题271

第10章 样品制备273

章节预览273

10.1 安全性274

10.2 自支撑样品或使用微栅276

10.3 制备最终减薄的自支撑样品278

10.3.1 从大块样品上切薄片278

10.3.2 切圆片278

10.3.3 预减薄样品280

10.4 样品最终减薄282

10.4.1 电解抛光282

10.4.2 离子减薄283

10.5 截面样品289

10.6 微栅／垫圈上的样品290

10.6.1 电解抛光——金属和合金的窗口法291

10.6.2 超薄切片292

10.6.3 研磨和捣碎294

10.6.4 复型和萃取294

10.6.5 解理和小角度解理技术（SACT）296

10.6.6 90°楔形298

10.6.7 光刻299

10.6.8 择优化学刻蚀299

10.7 FIB300

10.8 存储样品302

10.9 一些原则303

章节总结305

参考文献305

自测题307

章节具体问题308

第二篇 衍射理论311

第11章 TEM中的衍射311

章节预览311

11.1 为什么在TEM中使用衍射？312

11.2 TEM、衍射相机和TV313

11.3 原子面的散射314

11.4 晶体的散射317

11.5 布拉格定律中n的意义321

11.6 动力学效应的图解介绍323

11.7 衍射花样的标定324

11.8 实验电子衍射花样324

11.9 选区电子衍射花样325

章节总结331

参考文献331

自测题331

章节具体问题332

第12章 在倒空间思考335

章节预览335

12.1 为何引入另一种点阵？336

12.2 倒易点阵的数学定义337

12.3 矢量g337

12.4 劳厄方程及其与布拉格定律的关系340

12.5 Ewald反射球342

12.6 偏离参量344

12.7 薄膜效应和加速电压效应347

章节总结348

参考文献348

自测题349

章节具体问题350

第13章 衍射束351

章节预览351

13.1 为什么要计算强度？353

13.2 处理方法353

13.3 衍射束振幅354

13.4 特征长度ξg356

13.5 Howie-Whelan方程357

13.6 Howie-Whelan方程的拓展359

13.7 求解Howie-Whelan方程360

13.8 γ（1）和γ（2）的重要性361

13.9 总波振幅363

13.10 有效偏离参量364

13.11 柱体近似365

13.12 近似和简化367

13.13 类比耦合谐振子368

章节总结369

参考文献369

自测题370

章节具体问题371

第14章 布洛赫波373

章节预览373

14.1 TEM中的波动方程374

14.2 晶体375

14.3 布洛赫函数377

14.4 布洛赫波的薛定谔方程378

14.5 平面波振幅381

14.6 布洛赫波的吸收384

章节总结385

参考文献385

自测题386

章节具体问题387

第15章 色散面389

章节预览389

15.1 引言390

15.2 Ug＝0时的色散图391

15.3 Ug≠0时的色散图392

15.4 色散面与衍射花样的关系394

15.5 Ug、ξg和sg之间的关系398

15.6 布洛赫波振幅400

15.7 扩展到多束情形401

15.8 色散面和缺陷403

章节总结403

参考文献404

自测题405

章节具体问题406

第16章 晶体衍射407

章节预览407

16.1 简单点阵衍射回顾408

16.2 结构因子：思想409

16.3 一些重要的结构：体心立方、面心立方和密排六方410

16.4 扩充fcc和hcp使之包含基元414

16.5 将体心立方和面心立方的分析用于简单立方结构416

16.6 将密排六方结构扩展到TiAl416

16.7 超晶格反射与成像417

16.8 长周期超晶格衍射420

16.9 禁止反射421

16.10 国际标准表格的使用422

章节总结424

参考文献425

自测题426

章节具体问题427

第17章 小体积衍射429

章节预览429

17.1 引言430

17.1.1 求和方法431

17.1.2 积分方法432

17.2 薄膜效应433

17.3 楔形样品的衍射435

17.4 面缺陷的衍射436

17.5 来自颗粒的衍射439

17.6 单位错和多位错的衍射442

17.7 衍射和色散面444

章节总结446

参考文献446

自测题447

章节具体问题448

第18章 平行束衍射花样的获取与标定451

章节预览451

18.1 选择合适的技术452

18.2 SAD实验技术454

18.3 极射赤面投影456

18.4 单晶衍射花样的标定460

18.5 多晶材料的环形花样464

18.6 空心锥衍射的环形花样467

18.7 非晶材料的环形花样468

18.8 旋进衍射472

18.9 二次衍射473

18.10 样品的取向477

18.11 取向关系481

18.12 计算机分析483

18.13 取向的自动确定与取向分布图484

章节总结486

参考文献486

自测题490

章节具体问题491

第19章 菊池衍射493

章节预览493

19.1 菊池线的来源494

19.2 菊池线和布拉格散射495

19.3 绘制菊池图498

19.4 晶体取向和菊池图503

19.5 设置sg值505

19.6 强度507

章节总结508

参考文献509

自测题510

章节具体问题511

第20章 CBED花样的获取513

章节预览513

20.1 为什么使用会聚束？514

20.2 CBED花样的获取516

20.2.1 SAD和CBED的比较516

20.2.2 TEM模式下的CBED518

20.2.3 STEM模式下的CBED519

20.3 实验变量520

20.3.1 C2光阑的选取520

20.3.2 相机常数的选取522

20.3.3 束斑大小的选择523

20.3.4 样品厚度的影响523

20.4 CBED花样的聚焦和离焦525

20.4.1 聚焦CBED花样525

20.4.2 大角度（离焦）CBED花样527

20.4.3 最后调节步骤531

20.5 能量过滤531

20.6 零阶和高阶劳厄带衍射533

20.6.1 ZOLZ花样533

20.6.2 HOLZ花样533

20.7 CBED花样中的菊池线和布拉格线537

20.8 HOLZ线539

20.8.1 HOLZ线与菊池线的关系539

20.8.2 HOLZ线的获取539

20.9 空心圆锥／旋进CBED542

章节总结544

参考文献544

自测题546

章节具体问题547

第21章 会聚束技术的应用549

章节预览549

21.1 CBED花样的标定550

21.1.1 ZOLZ和HOLZ花样的标定550

21.1.2 HOLZ线的标定555

21.2 厚度测量556

21.3 单胞的确定560

21.3.1 实验思路561

21.3.2 HOLZ环半径的重要性561

21.3.3 晶格中心的确定564

21.4 对称性的确定566

21.4.1 对称性概念的回顾566

21.4.2 Friedel定律568

21.4.3 衍射花样中对称性的观察569

21.5 晶格应变的测量571

21.6 手性的确定573

21.7 结构因子和电荷密度的确定575

21.8 其他方法576

21.8.1 扫描法576

21.8.2 纳米衍射578

章节总结578

参考文献579

自测题582

章节具体问题582

索引585