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1、透射电子显微镜的成像原理,透射电镜像,1、复型像：反映试样表面状态的像，衬度取决于复型试样的原子序数和厚度； 2、衍衬像：反映试样内部的结构和完整性，起源于衍射光束； 3、相衬像：由透射束和一束以上的衍射束相互干涉产生的像。,2、衍射衬度像,明场像 暗场像,晶体的衍衬像：由于晶体的取向不同，导致各个晶粒对电子的衍射能力不同所产生的衬度变化。,晶体中的取向：多晶、析出物、缺欠,多晶,析出物,共格,半共格,非共格,位错,一、复型透射电镜像,其中 阿伏加得罗常数 试样的密度 原子量 原子散射截面，它表示原子散射 一个电子的几率,其中 称为质量厚度 称为质量衰减系数,金相组织 复型像,二、衍衬像：明场
2、像与暗场像,明场像的成像,明场像：采用物镜光栏挡住所有的衍射线，只让透射光束通过的成像。,透过取向位置满足布拉格关系的晶粒的电子束强度弱 透过取向位置不满足布拉格关系的晶粒的电子束强度强,暗场像的成像,暗场像：采用物镜光栏挡住透射光束，只让一束衍射光通过的成像。,透过取向位置满足布拉格关系的晶粒的电子束强度强 透过取向位置不满足布拉格关系的晶粒的电子束强度弱,暗场像,暗场像和中心暗场像,衍射衬度理论简称为衍衬理论,衍衬理论,运动学理论：不考虑入射波与衍射波的相互作用,动力学理论：考虑入射波与衍射波的相互作用,三、完整晶体中衍衬像运动学理论,对于晶体，衍衬像来源于相干散射，即来源于衍射波,1、有
3、一个晶面严格满足布拉格条件：双束条件 2、入射波与任何晶面都不满足布拉格条件，假设： a:透射波的强度几乎等于入射波的强度； b:衍射束不再被晶面反射到入射线方向。,运动学近似,双束动力学近似,运动学近似成立的条件： 样品足够薄，入射电子受到多次散射的机会减少到可以忽略的程度； 衍射处于足够偏离布拉格条件的位向，衍射束强度远小于透射束强度,柱体近似模型,电子束由试样上表面A入射，在样品下表面P点出射，透射束与衍射束相应的距离为：,三、完整晶体中衍衬像运动学理论,对于晶体，衍衬像来源于相干散射，即来源于衍射波,1、有一个晶面严格满足布拉格条件：双束条件 2、入射波与任何晶面都不满足布拉格条件，假
4、设： a:透射波的强度几乎等于入射波的强度； b:衍射束不再被晶面反射到入射线方向。,运动学近似,双束动力学近似,完整晶体衍射强度,完整晶体运动学柱体近似,将薄晶体分成许多小的晶柱，晶柱平行于Z方向。每个晶柱内都含有一列元胞。 假设每个晶柱内电子衍射波不进入其他晶柱，这样只要把每个晶柱中的各个单胞的衍射波的和波求出，则和波振幅的平方即为晶柱下面P点衍射波强度。 各个晶柱下表面衍射波强度的差异则构成衍衬度像源,其中 ， ， 是单胞的基矢 对于所考虑的晶柱来说， 因此， P 0 处的合成波振幅为,写成积分形式,因为 很小，所以可写为,衍射波振幅的微分形式是,衍射波强度公式：,式中 单胞体积 衍射角
5、之半 结构振幅 电子波长 消光距离,等厚条纹,等厚条纹 （s=常数，t变化）,衍射波强度：,等厚条纹 （s=常数，t变化）,试样斜面和锥形孔产生等厚条纹示意图,等厚条纹 （s=常数，t变化）,等厚条纹 （s=常数，t变化）,等倾干涉 （ t =常数， s 变化）,四、不完整晶体中衍衬像运动学理论,1、不完整晶体衍射强度公式 所谓不完成晶体是指在完整晶体中引入诸如位错、层错、空位集聚引起的点阵崩塌、第二相和晶粒边界等缺陷。 在完整晶体中引入缺陷的普遍效应，是使原来规则排列的周期点阵受到破坏，点阵发生了短程或长程畸变。,四、不完整晶体中衍衬像运动学理论,处理畸变晶体方法： 1、把畸变晶体看成是局部
6、倒易点阵矢量、或局部晶面间距发生变化： 2、把畸变晶体看成是完整晶体的晶胞位置矢量发生变化，位置矢量由理想晶体,缺陷晶体衍射波合波的振幅为 缺陷晶体衍射波合成振幅为,完整晶体的衍射强度公式,是研究缺陷衬度的一个非常重要的参数,位错衍衬像,Dislocations in Ni-base superalloy The micrograph shows the dislocation structure following creep, with dislocations looping around the particles,Fine secondary -particles are forme
7、d in the specimen,Fig.10.The area containing thin ZrC particles and tiny Zr-rich particles in the annealed specimen after creep test at 600C (100MPa, 9160h, total deformation 0.71%). Zone axis diffraction pattern of both matrix and thin plate-like ZrC particles in the insert. Two matrix reflection v
8、ectors (D03 structure) are marked by arrows.,Fig. 1.(a) Selected area 140nm diameter of image containing single S phase particle; (b) SAED pattern from the selected area; (c) fast Fourier transform of the image intensity in (d), the HRTEM image of the embedded particle in (a); (e) microdiffraction p
9、attern of the precipitate and surrounding matrix.,Fig. 2.TEM micrographs and corresponding diffraction patterns of the AA2324 alloy in the WQ-270 condition: (a) bright field; (b) 001Al SAD pattern of the S phase precipitate in dark contrast in (a) with surrounding matrix (the streaks emanating from
10、the brighter Al spots are an artefact due to camera saturation); (c) simulated SAD pattern corresponding to (OR1). The rectangle corresponds to the range of (b).,位错运动的动态电子显微镜观察,左：具有最大衬度的刃位错像 gb 右：位错衬度趋于零 gb,多相合金的衍射和衬度效应,1、第二相的衍射效应 （相界面）,共格 半共格 非共格,平行于电子束的片状沉淀产生的倒易杆,在s=0时可以看到条纹,s0时可以看到伪卫星斑点,图3.66 Moir 条纹形成原理图,(a)平行Moir 条纹,(b)旋转Moir 条纹,(c)通常Moir 条纹,
