晶体与电子衍射
利用电子衍射仪进行晶体结构分析的方法
利用电子衍射仪进行晶体结构分析的方法晶体结构分析是研究晶体内部原子排列方式的重要方法，它在材料科学、化学、生物学等领域具有广泛的应用。
而电子衍射仪作为一种重要的工具，可以为晶体结构分析提供丰富的信息。
本文将介绍利用电子衍射仪进行晶体结构分析的方法。
一、电子衍射仪的原理和构造电子衍射仪是一种利用电子束与晶体相互作用产生衍射现象的仪器。
它主要由电子源、电子透镜、样品台、衍射器和检测器等组成。
电子源产生高速电子束，经过电子透镜聚焦后照射到样品上，样品上的晶体结构会对电子束产生衍射，衍射的图样经过衍射器和检测器的处理后被观测和记录。
二、电子衍射图的解析和处理电子衍射图是电子束与晶体相互作用后产生的衍射图样。
通过对电子衍射图的解析和处理，可以得到晶体的结构信息。
首先，需要确定电子衍射图的衍射角度和衍射强度。
衍射角度可以通过测量衍射图上的衍射斑的位置来确定，而衍射强度则可以通过测量衍射斑的亮度来确定。
然后，根据衍射角度和衍射强度的数据，可以利用衍射理论和数学方法进行计算和分析，从而得到晶体的结构参数和晶胞参数。
三、电子衍射仪的应用电子衍射仪在晶体结构分析中具有广泛的应用。
首先，它可以用来确定晶体的晶胞参数。
通过测量电子衍射图上的衍射斑的位置和强度，可以得到晶体的晶胞参数，如晶格常数、晶胞角度等。
其次，电子衍射仪还可以用来确定晶体的空间群和点群。
通过分析电子衍射图的对称性，可以确定晶体的空间群和点群，从而进一步了解晶体的对称性和结构特征。
此外，电子衍射仪还可以用来研究晶体中的缺陷和界面等问题，为材料科学和纳米技术的研究提供重要的支持。
四、电子衍射仪的发展趋势随着科学技术的不断进步，电子衍射仪也在不断发展和改进。
一方面，电子衍射仪的分辨率和灵敏度不断提高，可以更加精确地测量和分析电子衍射图的数据。
另一方面，电子衍射仪的样品台和检测器等部件也在不断改进，可以适应更多样化的样品和实验条件。
此外，电子衍射仪还与其他分析技术相结合，如透射电子显微镜、能谱仪等，可以提供更多维度的信息，进一步拓展晶体结构分析的研究领域。
(整理)选区电子衍射与晶体取向分析
实验四选区电子衍射与晶体取向分析一、实验目的与任务1）通过选区电子衍射的实际操作演示，加深对选区电子衍射原理的了解。
2）选择合适的薄晶体样品，利用双倾台进行样品取向的调整，利用电子衍射花样测定晶体取向的基本方法。
二、选区电子衍射的原理和操作1．选区电子衍射的原理使学生掌握简单地说，选区电子衍射借助设置在物镜像平面的选区光栏，可以对产生衍射的样品区域进行选择，并对选区范围的大小加以限制，从而实现形貌观察和电子衍射的微观对应。
选区电子衍射的基本原理见图10—16。
选区光栏用于挡住光栏孔以外的电子束，只允许光栏孔以内视场所对应的样品微区的成像电子束通过，使得在荧光屏上观察到的电子衍射花样仅来自于选区范围内晶体的贡献。
实际上，选区形貌观察和电子衍射花样不能完全对应，也就是说选区衍射存在一定误差，选区域以外样品晶体对衍射花样也有贡献。
选区范围不宜太小，否则将带来太大的误差。
对于100kV的透射电镜，最小的选区衍射范围约0.5m；加速电压为1000kV时，最小的选区范围可达0.1m。
2．选区电子衍射的操作1) 在成像的操作方式下，使物镜精确聚焦，获得清晰的形貌像。
2) 插入并选用尺寸合适的选区光栏围住被选择的视场。
3) 减小中间镜电流，使其物平面与物镜背焦面重合，转入衍射操作方式。
对于近代的电镜，此步操作可按“衍射”按钮自动完成。
4) 移出物镜光栏，在荧光屏上显示电子衍射花样可供观察。
5) 需要拍照记录时，可适当减小第二聚光镜电流，获得更趋近平行的电子束，使衍射斑点尺寸变小。
三、选区电子衍射的应用单晶电子衍射花样可以直观地反映晶体二维倒易平面上阵点的排列，而且选区衍射和形貌观察在微区上具有对应性，因此选区电子衍射一般有以下几个方面的应用：1) 根据电子衍射花样斑点分布的几何特征，可以确定衍射物质的晶体结构；再利用电子衍射基本公式Rd=L，可以进行物相鉴定。
2) 确定晶体相对于入射束的取向。
3) 在某些情况下，利用两相的电子衍射花样可以直接确定两相的取向关系。
实验四选区电子衍射及晶体取向分析
实验四选区电子衍射与晶体取向分析一、实验内容及实验目的1．通过选区电子衍射的实际操作演示，加深对选区电子衍射原理的了解。
2．选择合适的薄晶体样品，利用双倾台进行样品取向的调整，使学生掌握利用电子衍射花样测定晶体取向的基本方法。
二、选区电子衍射的原理和操作1．选区电子衍射的原理简单地说，选区电子衍射借助设置在物镜像平面的选区光栏，可以对产生衍射的样品区域进行选择，并对选区范围的大小加以限制，从而实现形貌观察和电子衍射的微观对应。
选区电子衍射的基本原理见图4-1。
选区光栏用于挡住光栏孔以外的电子束，只允许光栏孔以内视场所对应的样品微区的成像电子束通过。
使得在荧光屏上观察到的电子衍射花样，它仅来自于选区范围内晶体的贡献。
实际上，选区形貌观察和电子衍射花样不能完全对应，也就是说选区衍射存在一定误差，所选区域以外样品晶体对衍射花样也有贡献。
选区范围不宜太小，否则将带来太大的误差。
对于100kV的透射电镜，最小的选区衍射范围约0.5μm；加速电压为1000kV时，最小的选区范围可达0.1μm。
图-1 选区电子衍射原理示意图1-物镜2-背焦面3-选区光栏4-中间镜5-中间镜像平面6-物镜像平面2．选区衍射电子的操作为了确保得到的衍射花样来自所选的区域，应当遵循如下操作步骤：(1) 在成像的操作方式下，使物镜精确聚焦，获得清晰的形貌像。
(2) 插人并选用尺寸合适的选区光栏围住被选择的视场。
(3) 减小中间镜电流，使其物平面与物镜背焦面重合，转入衍射操作方式。
近代的电镜此步操作可按“衍射”按钮自动完成。
(4) 移出物镜光栏，在荧光屏显示电子衍射花样可供观察。
(5) 需要拍照记录时，可适当减小第二聚光镜电流，获得更趋近平行的电子束，使衍射斑点尺寸变小。
三、选区电子衍射的应用单晶电子衍射花样可以直观地反映晶体二维倒易平面上阵点的排列，而且选区衍射和形貌观察在微区上具有对应性，因此选区电子衍射一般有以下几个方面的应用。
电子衍射实验报告
电子衍射实验报告电子衍射实验报告引言：电子衍射实验是一项重要的实验，通过观察电子在晶体中的衍射现象，我们可以深入了解电子的波粒二象性以及晶体的结构。
本实验旨在通过电子衍射实验，验证电子的波动性，并探究晶体的结构特征。
实验器材：1. 电子衍射仪：包括电子源、准直器、样品台和衍射屏2. 电子束控制装置：用于调节电子源的电压和电流3. 晶体样品：选择具有明显晶格结构的晶体样品实验步骤：1. 准备工作：将电子衍射仪放置在稳定的实验台上，并确保仪器的各部件安装牢固。
调节电子束控制装置，使电子源发射的电子束稳定且具有适当的能量。
2. 样品准备：选择合适的晶体样品，并将其固定在样品台上。
确保样品的表面平整，以保证电子束的入射方向垂直于样品表面。
3. 实验操作：将电子束对准样品，并调节衍射屏的位置，使得衍射图样清晰可见。
记录下衍射图样的形状和位置。
4. 数据处理：根据衍射图样的形状和位置，计算出晶体的晶格常数和晶体结构参数。
可以使用布拉格公式和衍射图样的特征峰位进行计算。
5. 结果分析：将实验得到的数据与理论值进行比较，并讨论实验误差的来源和可能的改进方法。
分析衍射图样的特征，探究晶体的结构特点和晶格对电子衍射的影响。
实验结果与讨论：通过电子衍射实验，我们观察到了明显的衍射图样，并成功计算出晶体的晶格常数和晶体结构参数。
与理论值进行比较后发现，实验结果与理论值基本吻合，证明了电子的波动性以及晶体的结构特征。
然而，在实验过程中也存在一些误差，主要来源于样品的制备和仪器的精度。
为了提高实验结果的准确性，可以采用更精确的测量仪器和更完善的样品制备方法。
结论：通过电子衍射实验，我们验证了电子的波动性，并深入了解了晶体的结构特征。
实验结果与理论值基本吻合，证明了电子衍射实验的可靠性和有效性。
通过这个实验，我们不仅加深了对电子波粒二象性的理解，还对晶体的结构特征有了更深入的认识。
这对于材料科学和凝聚态物理研究具有重要意义。
电子衍射分析及晶体生长方向判定电子衍射基础
图 7 某金属氧化物一维纳米线的透射电镜及电子衍射图
主要参考文献:
1. 刘文西，黄孝瑛，陈玉如，材料结构的电子显微分析，天津大学出版社，1989.
晶体衍射花样时， 一般Lλ是已知的， 从衍射谱上可量出R值， 然后算出晶面间距d， 同时可以结合衍射谱算出的晶面夹角，确定晶体的结构。 电镜中使用的电子波长很短， 即Ewald球的半径1/λ 很大， Ewald球面与晶体 的倒易点阵的相截面可视为一平面，成反射面，所以电子衍射花样实际上是晶体 的倒易点阵与Ewald球面相截部分在荧光屏上的投影，即晶体的电子衍射谱是一 个二维倒易平面的放大，相机常数Lλ相当于放大倍数。 1.3 晶带定律及晶带轴 晶带定义：许多晶面族同时与一个晶体学方向[uvw]平行时，这些晶面族总 称为一个晶带，而这个晶体学方向[uvw]称为晶带轴。 因为属于同一晶带的晶面族都平行于晶带轴方向， 故其倒易矢量均垂直于晶 带轴，构成一个与晶带轴方向正交的二维倒易点阵平面(uvw)*。若晶带轴用正空 间矢量 r = ua+vb+wc 表示，晶面(hkl)用倒易矢量 Ghkl =ha*+kb*+lc*表示，由晶带 定义 r⊥G 及 r•G =0 得： hu+kv+lw = 0 该式即为电子衍射谱分析中常用的晶带定律（Weiss zone law） 。 (uvw)*为与正空间中[uvw]方向正交的倒易面。(uvw)*⊥[uvw]，属于[uvw]晶 带的晶面族的倒易点 hkl 均在一个过倒易原点的二维倒易点阵平面(uvw)*上。如 (h1,k1,l1)，(h2,k2,l2)是[uvw]晶带的两个晶面族，则由晶带定律可得： h1u+k1v+l1w = 0, h2u+k2v+l2w = 0 可解出晶带轴方向[uvw]如下： u = k1 l1 ,
透射电镜电子衍射在晶体结构分析中的应用
透射电镜电子衍射在晶体结构分析中的应用晶体材料由于具有有序结构而表现出许多独特的性质，成为特定的功能材料,制成器件广泛应用于微电子、自动控制、计算通讯、生物医疗等领域。
功能晶体材料的的微观结构决定其性能，因此对其微观结构的解析一直是科学研究的热点之一。
研究晶体结构通常的方法是X-射线单晶衍射技术(SXRD, Single crystal X-ray diffraction)和X-射线粉末衍射技术(PXRD, Powder X-ray diffraction)，科学家们应用此两项技术已经解析了数目非常庞大的晶体结构。
然而X-射线衍射技术对于解析的晶体大小有限制，即使是应用同步辐射光源也只能解析大于微米级的晶体，无法对纳米晶体的结构进行解析。
相对于X-射线，电子束由于具有更短的波长以及更强的衍射，因此电子衍射应用于纳米晶体的结构分析具有特别的意义，透射电镜不仅可对纳米晶体进行高分辨成像而且可进行电子衍射分析，已成为纳米晶体材料不可或缺的研究方法，包括判断纳米结构的生长方向、解析纳米晶体的晶胞参数及原子的排列结构等。
1、判断已知纳米结构的生长方向在研究晶体结构时，很多情况下需要判断其优势生长面及生长方向，尤其是纳米线、纳米带等。
晶体的电子衍射图是一个二维倒易平面的放大，同时透射电镜又能得到形貌，分别相当于倒易空间像与正空间像，正空间的一个晶面族(hkl)可用倒空间的一个倒易点hkl来表示，正空间的一个晶带[uvw]可用倒空间的一个倒易面(uvw)*来表示，对应关系如图1所示，在透射电镜中，电子束沿晶带轴的反方向入射到晶体中，受晶面族(h1k1l1)的衍射产生衍射斑(h1k1l1)，那么衍射斑与透射斑的连线垂直于晶面族(h1k1l1)，据此可判断晶体的优势生长面及生长方向。
具体的方法是：首先拍摄形貌像，并且在同一位置做电子衍射，在形貌像上找出优势生长面，与电子衍射花样对照，找出与透射斑连线垂直于此晶面的透射斑，并进行标定，根据晶面指数换算出生长方向。
理解电子衍射原理及其在材料分析中的应用
理解电子衍射原理及其在材料分析中的应用引言：材料科学与工程领域中，电子衍射技术是一种重要的分析手段。
通过电子衍射，我们可以了解材料的晶体结构、晶格常数、晶体缺陷等信息。
本文将从电子衍射的原理入手，探讨其在材料分析中的应用。
一、电子衍射原理电子衍射原理是基于波粒二象性理论的，即电子既具有粒子性又具有波动性。
当高速电子束通过物质时，会与物质中的原子发生相互作用，进而发生衍射现象。
电子衍射的原理与光学衍射类似，但由于电子的波长远小于光波长，电子衍射可以提供更高的分辨率。
二、电子衍射技术的应用1. 晶体结构分析电子衍射可以通过测量衍射斑图来确定材料的晶体结构。
在电子衍射中，衍射斑图是由电子束与晶体中的原子相互作用形成的。
通过解析衍射斑图，我们可以得到晶体的晶格常数、晶体的对称性、晶体的晶体缺陷等信息。
2. 相变研究相变是材料研究中一个重要的课题。
电子衍射可以用来研究材料的相变过程。
通过观察相变过程中电子衍射斑图的变化，我们可以了解材料的相变机制、相变温度等信息。
3. 晶体缺陷分析晶体缺陷是晶体中存在的一些非理想性质，如晶格缺陷、晶体畸变等。
电子衍射技术可以用来分析晶体的缺陷结构。
通过观察电子衍射斑图中的强度变化和衍射斑的形状，我们可以推断晶体中的缺陷类型和缺陷密度。
4. 薄膜分析薄膜是材料科学中常见的一种材料形态。
电子衍射可以用来分析薄膜的晶体结构和晶格常数。
通过测量电子衍射斑图的形状和强度分布，我们可以了解薄膜的晶体有序性和晶格畸变情况。
5. 纳米材料分析纳米材料是近年来材料科学中的研究热点。
电子衍射技术可以用来研究纳米材料的晶体结构和晶格畸变。
由于纳米材料的尺寸较小，传统的X射线衍射技术难以应用，而电子衍射技术可以提供更高的分辨率。
结论：电子衍射是一种重要的材料分析技术，可以用来研究材料的晶体结构、晶体缺陷、相变过程等。
通过电子衍射技术，我们可以了解材料的微观结构和性质，为材料的设计和应用提供重要的理论依据。
通过电子衍射测量晶体间距的实验步骤
通过电子衍射测量晶体间距的实验步骤电子衍射是一种常用的技术手段，用于测量晶体间距和结晶体的晶格常数。
本文将介绍通过电子衍射测量晶体间距的实验步骤。
实验所需设备和材料：1. 电子衍射仪2. 电源线3. 样品支架4. 电子源5. 正六角形透镜6. 荧光屏7. 导线8. 多米诺骨牌模型实验步骤：第一步：搭建实验装置1. 将电子衍射仪放置在实验台上，接通电源线，设定所需电压和电流。
2. 将样品支架固定在电子源上方，确保样品能够保持稳定。
3. 将正六角形透镜安装在样品支架下方，以保证电子束能够均匀地照射到样品表面。
4. 将荧光屏放置在电子衍射仪的适当位置。
第二步：准备样品1. 选择合适的晶体样品，如多米诺骨牌模型。
2. 将样品放置在样品支架上，并确保样品的表面平整。
第三步：调整电子衍射仪参数1. 调整电子衍射仪的电子源功率，使电子束的亮度适中。
2. 调整电子衍射仪的电子源和样品之间的距离，以确保电子束能够正常照射到样品表面。
3. 调整正六角形透镜的位置和角度，以获得清晰的衍射图样。
第四步：进行电子衍射实验1. 打开电子源，使电子束照射到样品表面。
2. 观察荧光屏上的衍射图样，记录下来。
第五步：测量晶体间距1. 根据观察到的衍射图样，找到衍射斑的位置。
2. 使用标尺或其他合适的测量工具，测量相邻衍射斑之间的距离。
3. 根据已知的衍射条件和几何关系，计算出晶体间的距离。
第六步：重复实验1. 对同一晶体样品，进行多次实验测量，以增加数据的准确性和可靠性。
2. 对不同晶体样品进行实验，比较测量结果。
实验注意事项：1. 在操作电子衍射仪时，要注意安全，避免电源过热和电流过大。
2. 在调整仪器参数时，小心操作，确保仪器的稳定性和可靠性。
3. 在测量晶体间距时，注意测量的准确性，避免误差的产生。
4. 在进行多次实验时，要保持实验环境的稳定性，避免干扰和误差的影响。
通过以上实验步骤，我们可以使用电子衍射技术准确测量晶体间距，并得到相应的晶格常数。
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红线为倒易球，半径为1/波长
向。
粉末衍射中的一系列不同的衍射圆锥
倒易原点
上图为实际电子衍射中的图幅，对应的是粉末衍射晶体，是多晶的。
晶体的取向是随机的，每一组圆环就代表一组面网。
红线是每一个倒易点的轨迹，每一个倒易点的轨迹与倒易球相交的黑线是衍射圆锥的方向。
平面胶片记录的是衍射圆环，环形胶片记录每一段环形圆锥与（例如黑线）相交的圆弧。
这就是用倒易格子来解释粉末衍射。
倒易格子与电子衍射
电子衍射的倒易球会比x衍射的倒易球大很多倍。
倒易球大也就意味着倒易球包含着倒易格子点比x衍射的多出很多。
这就是电子衍射的优点。
在做么粉末衍射时选取材料的薄片，几个纳米厚。
样品很薄，倒易格子点形状会形成棒状，这样易于倒易格子的球面形成相交的可能性大产生电子衍射的机率也会增大。
0层倒易面一维的图幅。
如下
为了电子衍射也满足布拉格方程式要做一下近似。
把倒易球面近似看成直线
0层倒易面二维的图幅如下
电子衍射花样就是某一个物质沿某一个晶带方向的0层倒易面。
前提是要知道0层倒易面的晶系，轴长，晶带轴的方向。
分析电子衍射的目的每一个斑点对应的面网指数和晶带轴方向，一是做指标化，二是找晶带轴。
矢量的计算
向量的长度
向量坐标即面网指数
在确定晶带轴，由两个面网指数来确定。
A是轴长
用计算面网间距软件来算出间距。
用软件求
A任意选取的，可能导致结果不同，因为是面心立方晶系，是可以等效的。
若不知道这些条件可以参考标准图谱进行比对。
复杂电子衍射花样，如下图所示。
N=1和N=0之间的距离近，这意味着在某一个轴方向上轴长很长，周长越长它的倒易向量越接近b图电子束的方向不完全与晶带重合
d。