12.8材料科学研究与分析方法复习题最新答案 - 图文

《材料科学研究与分析方法》复习题答案

一、 电镜部分

1.根据衍射分辨率的公式，分别说明提高光学显微镜和透射电子显微镜的方法和途径？

0.61?衍射分辨率的公式为：?r0?，其中λ为入射光的波长；n 为样品与物镜

nsin?之间介质的折射率；α为孔径半角。

对于具体某一光学显微镜来说：其?不能改变，故提高其分辨率可以增大n和?的值。

对于具体某一透射电子显微镜来说：其n值不能改变，故提高其分辨率可以减小

?以及增大?值，不过?值的改变量很小。 2.根据衍射分辨率公式推导光学显微镜的分辨率？

所能观察到的最小距离，既能分辨的最短距离称为显微镜的分辨率。人眼的分辨率为0.2mm.

对于光学显微镜，若介质为空气，则n = 1， α极限条件下可为90°，则分辨率为 d = 0.61λ。实际上，对于玻璃透镜，最大孔径半角a = 70-75°，如果在物镜和试样之间加入松柏油（n = 1.515）,此时的分辨率为 d = λ/2, 可见，半波长是光学玻璃透镜可分辨本领的理论极限。

3.电镜像差主要有哪些，分别解释并讨论克服像差的主要手段？

答：1）球差是电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的折射能力不同引起的；增大透镜的激磁电流可减小球差，通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来减小球差。

2）像散是由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称引起的；可以通过引入一个强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿。

3）色差是电子波的波长或能量发生一定幅度的改变，非单一性而造成的；使用薄试样和小孔径阑将散射角大的非弹性散射电子挡掉，也可采取稳定加速电压和透镜电流可减小色差。 4.焦长和景深的定义？

景深是当像平面固定时(像距不变),能维持物像清晰的范围内,允许物平面(样品)沿透镜主轴移动的最大距离Df。

定义焦长：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持

物像清晰的距离范围，用DL表示，。

5.球差、色差和像散是怎样造成的？用什么方法可以减小这些像差？ 1）球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的，其中离开透镜主轴较远的电子比主轴附近的电子折射程度过大。 物点P通过透镜成像时，电子就不会聚焦在同一焦点上，而是形成一个散焦斑，即像平面在远轴电子的焦点和近轴电子的焦点之间移动，就可以得到一个最小的散焦园斑。

2）像散是由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称引起。原 因：1.极靴内孔不园，2.上下极靴不同轴，3.极靴材质磁性不均匀，4.极靴污染 3）色差是由入射电子的波长或能量的非单一性造成的。

若入射电子的能量出现一定的差别，能量大的电子在距透镜光心比较远的地方聚焦，而能量低的电子在距光心近的地方聚焦，由此产生焦距差。像平面在远焦点和近焦点间移动时存在一最小散焦斑RC。 措施：

减小球差可以通过减小球差系数和孔径来实现，用小孔径成像时，可使球差明显减小。

可以通过引入一强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿，即消像散器来减小像散

稳定加速电压和透镜电流可减小色差。

色差系数和球差系数均随透镜激磁电流的增大而减。

6.电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响?说明电磁透镜的景深大、焦长长，是什么因素影响的结果？假设电磁透镜没有像差，也没有衍射埃利斑，即分辨率极高，此时它的景深和焦长如何? 景深Df?2?r0tan??2?r0?，因此影响景深的因素是电磁透镜的分辨率?r0和孔

径半角?。焦长DL?2?r0?M2，因此影响焦长的因素是电磁透镜的分辨率

?r0，放大倍数M以及孔径半角?。电磁透镜的景深大、焦长长，是由于电磁

透镜的?r0值小即分辨率低，孔径半径小，放大倍数大而引起的。

如果电磁透镜没有像差，也没有衍射埃利斑，那么它的景深会很小而且焦长也会

很短。

7.简述扫描电子显微镜的电子光学系统及成像过程。

SEM的电子光学系统包括电子枪、电磁透镜（包括聚光镜和物镜）、扫描线圈和样品室。其成像过程是电子枪发射的电子束经加速电压加速后由第一聚光镜、第二聚光镜组成的电子光学系统形成一个直径小于10nm的极细的电子束并聚焦于样品表面。当电子束以适当角度打在样品表面时，将产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、X射线、透射电子等电子信息。信息的大小与样品的性质及表面形貌相关。根据不同的目的，利用不同的信息，可形成不同的像。在观察样品形貌时，检取的主要是二次电子及部分背散射电子。让电子束逐点扫描样品表面，并用探测器检取电子信息，再经放大器放大后调制显像管的光点亮度。由于显像管的偏转线圈电流与扫描线圈电流同步，因此，探测器检取的信息便在显像管荧光屏上形成反映样品表面形貌或性质的扫描电子图像。

8.简要说明高能电子束与样品相互作用产生的主要信号及其所反映的样品结构信息是什么？

主要信号有二次电子、背散射电子、吸收电子、特征X射线、俄歇电子以及透射电子。二次电子对样品表面化状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌。背散射电子可以用作样品表面几百nm深度范围的形貌分析、成分分析以及结构分析（通道花样）。吸收电子可用来进行定性的微区成分分析。特征X射线看用来进行成分分析。透射电子可以进行内部结构分析。俄歇电子用于表层成分分析。

9.比较二次电子和背散射电子的异同及主要用途？

背散射电子是被样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，包括弹性散射和非弹性散射，弹性散射的电子远比非弹性散射的数量多。弹性散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围，由于它的产额随样品原子序数增大而增多，所以不仅可以用来分析形貌，,还可以用来分析成分.

二次电子在入射电子束的作用下,被轰击出来并离开样品表面的原子核外电子。它的能量比较小，一般只有在表层5-10纳米的深度范围才能发射出来,所以它对样品的表面十分敏感，能有效的显示样品表面形貌。但二次电子的产额与原子序数无关，就不能用于成分分析。 10.解释二次电子和背散射电子

背散射电子 （back scattering electron）;二次电子 (secondary electron)

(1)背散射电子是入射电子进入试样后，被表层固体样品中的原子核或核外电子反弹回来的电子，它包括弹性射散射和非弹性散射电子。有的电子经一次散射就逸出表面，有点电子经过多次散射才反射出来 。

特征： 1) 弹性背散射电子远比非弹性背散射电子所占的份额多 ；2) 能量高，例如弹性背散射，能量达数千至数万ev ；3) 背散射电子束来自样品表面几百nm深度范围 ；

4) 其产额随原子序数增大而增多，背散射电子的产额随试样的原子序数增大而增加，I?Z2/3-3/4 ；5) 用作形貌分析、成分分析（原子序数衬度）以及结构分

析（通道花样）； 6）分辨率远低于SEI。

(2)二次电子是入射电子在单电子激发过程被入射电子轰击出来的试样电子，二次电子的能量很低，一般小于50eV,它只能从很薄的试样表层内激发出来，表层深度小于10nm，更深的二次电子由于能量小而无力逸出表面。其中90%来自于外层价电子。

特 征： 1)二次电子能量较低。一般不超过50 ev，大部分几ev；2)来自表层5—10nm深度范围；3)图像无阴影效应；4)对样品表面化状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌；5)SE的产额δ≒K/cosθ,K为常数， θ 为入射电子束与试样表面法线之间的夹角，θ …… 此处隐藏：3307字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……