实验二：选区电子衍射（SAED）谱图分析---电子衍射花样指数化方法一、实验目的1.掌握电子衍射分析的基本原理。2．掌握电子衍射花样的指数化方法。二、测定原理及方法晶体样品的(hkl)晶面处于符合布拉格衍射条件的位置，在荧光屏上产生衍射斑点P，有Rd = L>(2-1)式中，R一衍射斑与透射斑间距：d一参加衍射晶体的晶面间距：入一入射电子束波长：L一样品到底版的距离。通常L是定值，而入只取决于加速电压E的大小，因而在不改变E的情况下K=L入是常数，叫做电子衍射相机常数。相机常数是电子衍射装置的重要参数。对于一幅衍射花样，若知道K值，则只要测出R值就可求出d值，从而为花样指数化打下基础。公式(2-1)是电子衍射的基本公式。三、单晶衍射花样指数化的方法示例图2-1是铝单晶电子衍射花样，试标定指数。32201401110001112223171220131042图2-1铝单晶电子衍射花样示意图1.未知相机常数情况下指标化方法一尝试-校核法（1）选取靠近中心O附近且不在一条直线上的四个斑点A、B、C、D，分别测量它们的R值，并月找出R比值递增规律，确定点阵类型及斑点的晶面族指数(hkl)，分析表明铝单晶为面心立方点阵。(2）任取A为(111)，尝试B为(220)，并测得R，R。=90°，R，R=58°。/61×2+1×2+1x0h,h, +k,k,+l,l2cos=+++2+/12+1+12/22+22+02-3=35°27，与实测不符，应予否定。根据晶体学知识或查表，选定B的指数为(220)则夹角与实测相符。（3）按矢量运算求得C与D及其它斑点指数R.=R,+R..he=3;ke=-1;l=1所以斑点C指数为(311）。同理求得D指数为（402)。计算知(111)（402)晶面之间的夹角为39°48，与实测相符。（4）求晶带轴[uvw]选取g,=gB=[220]，g2=g=[111]，因为在照片上分析计算，所以选取g,位于g.顺时13
实验二 选区电子衍射（SAED）谱图分析 -电子衍射花样指数化方法 一、实验目的 1．掌握电子衍射分析的基本原理。 2．掌握电子衍射花样的指数化方法。 二、测定原理及方法 晶体样品的(hkl)晶面处于符合布拉格衍射条件的位置，在荧光屏上产生衍射斑点 P′，有 Rd ＝ Lλ (2-1) 式中，R—衍射斑与透射斑间距；d—参加衍射晶体的晶面间距；λ—入射电子束波长；L—样品到底版 的距离。 通常 L 是定值，而 λ 只取决于加速电压 E 的大小，因而在不改变 E 的情况下 K=Lλ 是常数，叫做 电子衍射相机常数。相机常数是电子衍射装置的重要参数。对于一幅衍射花样，若知道 K 值，则只要 测出 R 值就可求出 d 值，从而为花样指数化打下基础。公式(2-1)是电子衍射的基本公式。 三、单晶衍射花样指数化的方法示例 图 2-1 是铝单晶电子衍射花样，试标定指数。 图 2-1 铝单晶电子衍射花样示意图 1. 未知相机常数情况下指标化方法——尝试-校核法 （1）选取靠近中心O附近且不在一条直线上的四个斑点A、B、C、D，分别测量它们的R值，并且 找出R2 比值递增规律，确定点阵类型及斑点的晶面族指数{hkl}，分析表明铝单晶为面心立方点阵。 （2）任取 A 为(111)，尝试 B 为(220)，并测得 RR BA =⋅ 90 , =⋅ 58 RR CA 。 3 6 022111 012121 cos 2 222222 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 212121 = ++++ ×+×+× = ++++ ++ = lkhlkh llkkhh φ φ=350 27/ ，与实测不符，应予否定。根据晶体学知识或查表，选定B的指数为(220)则夹角与实测相符。 （3）按矢量运算求得 C 与 D 及其它斑点指数 ∵ RRR BAC += ∴ hc = 3；kc = -1；lc = 1 所以斑点C指数为 )113( 。同理求得D指数为（402）。计算知(111)、(402)晶面之间的夹角为 390 48/ ，与 实测相符。 （4）求晶带轴[uvw] 选取 ]022[ 1 gg B == ， ]111[ 2 gg A == ，因为在照片上分析计算，所以选取 2 g 位于 1 g 顺时 13
[uvw] = g, ×g, =[220]×[111] =[112]针方向。2.已知相机常数情况下的指标化方法已知图2-1铝单晶电子衍射的相机常数L>=1.638mm.nm，指标化步骤如下：1）找出铝单晶的JCPDS卡片查得hkl1112002203112220.2025d(nm)0.23380.14310.12210.11692）根据Rd-L入计算dR^=7mm=H/R=1.638/=0.234nmR=11.4mmdg=L>/R=1.638/11.4=0.1436nmRc=13.5mmdc=L>/R=1.638/13.5=0.1213nm3）计算的d值与JCPDS卡片对照找出相应的(hkl)，即斑点A为(111)，B为220)，C斑点为(311)。4）用上述尝试-校核法确定具体的晶面组指数（hkl)。从上面的例题可知，A斑点（111）是从（111)中任选出来的，根据N值和夹角的限制计算出B（220）而满足这个N值与夹角的指数仍有若于个，比如B（220）等，因此单晶衍射花样指数化具有不唯一性。就此题来说有48种标法，24种晶带轴都是正确的。四、实验报告1.已知图2-2是氧化锌的电子衍射花样底片、透射电镜照片和XRD标准谱图（JCPDSNo.89-1397)，如果相机常数为：19.57mmA，请将图2-2衍射花样指标化（详细写出每一步）。50nm89-1397ZnOQuality:CZinc OxideCAS Number.Ref:Calculated fromICSDusingPOWD-12++Molecular Weight:81.38Ref: Schulz, H., Thiemann, K.H., Solid State Commun., 32, 783 (1979)Volume[CD]47.77Dx: 5.657DmASys: HexagonalsLattice: Primitive160S.G.: P63mc (186)CellParameters:c 5.213a3.253bubse4C7.35.93.02.01.5d(?1/lcor:5.43Rad: CuKa1d[A] Int-fhk d(A)Int-fh k d(A] Int-fhk1Lambda: 1.54060Filter:2.81715691.478926501.23923410320201d-sp: calculated1.4085.412161042.6065415002001.18282.47849991.3798220ICSD#：0862541.0A1121.0942672032121092011.91321021.35981.626530801.30321600421图2-2.氧化锌衍射花样、透射电镜照片（TEM)和XRD标准谱图14
针方向。 ][ ]211[]111[]022[ uvw gg 21 =×=×= 2．已知相机常数情况下的指标化方法 已知图 2-1 铝单晶电子衍射的相机常数 Lλ=1.638mm.nm，指标化步骤如下： 1）找出铝单晶的 JCPDS 卡片查得 hkl 111 200 220 311 222 d(nm) 0.2338 0.2025 0.1431 0.1221 0.1169 2）根据 Rd=Lλ 计算 d ∵ R A=7mm ∴A=L dλ/R=1.638/7=0.234nm RB=11.4mm dB=Lλ/R=1.638/11.4=0.1436nm RC=13.5mm dC=Lλ/R=1.638/13.5=0.1213nm 3）计算的 d 值与 JCPDS 卡片对照找出相应的{hkl}，即斑点 A 为{111}，B 为{220}，C 斑点为{311}。 4）用上述尝试-校核法确定具体的晶面组指数（hkl）。 从上面的例题可知，A 斑点（111）是从{111}中任选出来的，根据 N 值和夹角的限制计算出 B（220）， 而满足这个 N 值与夹角的指数仍有若干个，比如 B（220）等，因此单晶衍射花样指数化具有不唯一 性。就此题来说有 48 种标法，24 种晶带轴都是正确的。 四、实验报告 1. 已知图 2-2 是氧化锌的电子衍射花样底片、透射电镜照片和 XRD 标准谱图（JCPDS No. 89-1397）， 如果相机常数为：19.57 mm·Å，请将图 2-2 衍射花样指标化 (详细写出每一步)。 图 2-2.氧化锌衍射花样、透射电镜照片(TEM)和 XRD 标准谱图 14
2.已知图2-3是氧化铁（Fe3O4）的电子衍射花样、透射电镜照片和XRD标准谱图（JCPDSNo19-0629）。根据图中数据并结合公式（教材P3）计算相机常数（注意：计算得到的电子束波长需要校正，加速电压200kV时校正系数为1.092，即入=入计算值/1.092），并将图2-3中电子衍射花样指标化。19-0629Quality.Fe+2Fe2+304IronOxideCAS NumberRef. Natl. Bur. Stand. (U.S.) Monogr. 25, 5, 31 (1967)Molecular Weight: 231.54Volume[CD]591.86Dx5.197Dm:5.176ieonesSys: CubicLattice:Face-centeredS.G.: Fd3m (227)Cell Parametersa 8.396Dc3.61.00.91.813d(?SS/F0M:F26=58[.0132, 34]1/lcor 4.90d(A)Int-vhInt-vd(AInt-vhd(A)hkRad CukaiLambda: 1.540564.852041A32778(D2963201162oFilter.Ni46023249284984564324201.28073293880118400d-sp:1.2659678952062.424388454822119A93Mineral Name;21.8802012.099367A242840011221856904Magnetite, syn1.7146A3110n1.0930823302205800191.61581.0496.811709511461.48456840660131022.98960.808005316511.419241.969507图2-3.氧化铁衍射花样、透射电镜照片(TEM)和XRD标准谱图附：六方晶系晶面夹角公式：3a2hh2+kik2+(hik2 +hzk)+2l12cOs(a++hk+3g++hk+)-15
2. 已知图 2-3 是氧化铁（Fe3O4）的电子衍射花样、透射电镜照片和XRD标准谱图（JCPDS No. 19-0629）。根据图中数据并结合公式（教材P3）计算相机常数（注意：计算得到的电子束波长需要校 正，加速电压 200kV时校正系数为 1.092，即λ=λ计算值/1.092），并将图 2-3 中电子衍射花样指标化。 图 2-3.氧化铁衍射花样、透射电镜照片(TEM)和 XRD 标准谱图 附：六方晶系晶面夹角公式： 10 nm 15
附：SAED（选区电子衍射）软件简介TA晶胞参数设置BRAEASaeH一包文SAED出()视图V）注祥报告带街（H）8中#Cnaaa路gCuaauCuaCaCu晶面衍射Cma uaaCuaaOuin asa asy CunGaau Caae指数花样OauaCauCaa anaCaunOoaaLCaueCaaonaunCae aas CaaCaa Caaa GhaaCuanCnCoa CugQunCantCunuauauka CaunCainunanCaiyCugaCaiCaraQua CozConeCurnCunn Cun Cu左建双出自点造初始点，双出右提选择终止点，完离量二者之间的失用！SAED巨包晶带轴O搜图V#E报告HAC-国O.O调节品带轴导入衍射请市花样取消0销方(-a,L,o)显示或隐050len藏花样QuOtOQ..BUR16
附：SAED（选区电子衍射）软件简介 16
补充：晶体生长方向确定[0-12](110)(101)(0-11)注意，由晶面指数到生长方向的转换，实际是倒空间指数和正空问间的指数转换，需要乘以转换矩阵，各品系的转换矩见附表，对于立方品系来说，品面指数即是生长方向指数，而对于其他晶系则不是，需要进行计，即6a66。上图是对一维纳米线的生长方向进行的判断，首先标出与纳米线平行的晶面的指数，确定优势生长面是（0-11)面，由于该物质是四方晶系，查附表四方晶系的转换矩阵，将(0-11)面转换为生长方向[0-12]。晶系csacoipcosacosY-cospsin'aCOSY-abcosy accos8sinaaccosacosBcosBeosYcosa-三斜头abeosYb2beecabcOsBcoiYcesacosY.cosp.cose-accospbecosaC2beacV=abe (1-cos*e-cos3-cos'y+2eosacospcos)%-cesBa'sin'pa2oaccospacsin'p0b00单然CosB0oloaccospe'sin'pacsin'psin'acosa-cos'acos'a-cosaa'cosaala"cosaata'cosasin'acosa-cos'a蒙丽付atcosacosa-cos"aaATa'coena'caseatcos'a-cosacosa-.cos.asin"a2cos'a+2cos.A"sia'a-at6卡fa0b"Oo美正交0et0o00。03-p0o四方0e.0号0OaT六50善ato大角eO.00oo0-2000a0~O立0方117
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