单晶多晶的电子衍射标定

一单晶与多晶但无论怎样实际情况和这些书中讲得总是有这样那样的不同那么下面就具体几个知识点稍微讲一下电子衍射分析吧。对于单晶和多晶的判定对于单晶和多晶的区分这里面容易弄混的几个概念是单晶和多晶晶粒和颗粒。很多人就凭着单晶衍射是点多晶衍射是环的所谓口诀来判定。这种对单晶多晶的理解会引起描述时的错误。严格来说单晶就是具有完整晶体外形晶棱晶面完备的单个颗粒颗粒内部的晶格是周期排列如果从任意晶带轴投射那么得到的必然是二维衍射点而多晶呢就是一个颗粒里面有多个晶粒每个晶粒的晶格都是周期性排列的但这些晶粒的取向都是随意的这样一个晶粒产生一些衍射点衍射点出现在晶格对应的d值为半径的圆上多个晶粒有不同取向就会慢慢形成多个点连成的一个圆选区范围内的颗粒含的晶粒越多那么这个圆就越平滑。而这个圆就对应于该相在XRD里面的衍射峰位置甚至强度都和衍射峰一致。如果是纯相测量每个环对应的半径得到d值那么这个和衍射峰对应的d值应该是相同的。多晶环出现的另外一种情况就是纳米晶体纳米晶体很多都是没有完整晶体外形的小晶粒说是纳米单晶吧还不准确说是多晶吧又没有多个取向所以很多文章就把这些小晶粒组成的整体称为多晶粉末这种情况出现多晶衍射环其实可以看成多晶的一个颗粒给分成了很多独立的晶粒无论在一起还是分散都是遵循布拉格定律自然就会有衍射环。所以大家应该清楚了如果要说多晶还是单晶无论怎样最好给出一个低倍的形貌像这样就能让别人知道你分析区域的整体形貌同时标出你得到选区电子衍射SAED的位置这样才能认定你的结论是否可靠了。二电子衍射花样简单的电子衍射花样大致可以细分成几种情况低倍形貌给出规则的晶体外形衍射点为周期排列的两维衍射点判定为单晶低倍形貌给出是规则的晶体外形但衍射点是相对杂乱的多个衍射点无法分清规律性那么很可能是单晶在样品处理过程或者观察过程中将单晶结构破坏形成了多晶结构但晶粒相对较大所以衍射点没有连成环。低倍形貌给出的是块状颗粒但衍射点是周期排列的两维衍射点判定为单晶块状可能是晶体外形在处理过程中给磨损了低倍形貌给出的是块状颗粒但衍射点是相对杂乱的多个衍射点或者衍射环无法分清规律性判定为多晶这时的晶粒已经有些小了同样的区域含的晶粒更多所以衍射点部分连成了环。低倍形貌给出的是比较小的颗粒选区内有多个颗粒时衍射为相对杂乱的多个衍射点或者衍射环而其中单个颗粒呈现单晶衍射点那么可以认为单独小颗粒呈现单晶性而整体为多晶粉末低倍形貌是是比较小的颗粒选区内有多个颗粒时衍射为相对杂乱的多个衍射点或者衍射环而其中单个颗粒呈现也呈现杂乱衍射点那么可以认为单独小颗粒呈现多晶性而整体为多晶粉末。低倍形貌是纳米颗粒小颗粒为单晶衍射点而整体随着选区范围内颗粒的增加呈现非连续衍射环进而为连续衍射环那么可以称为纳米小“单晶”组成了多晶粉末。低倍像是块样或者单晶外形但有多晶衍射环又有单晶衍射点很可能是该区域的单晶结构有部分被破坏成了多晶但还有一部分结构保持完整或者是有部分多晶物质也有一部分其他相的单晶物质分析时最好结合高分辨像来得出结论。不论样品形貌如何我们可能还会观察到类似多晶衍射环的几种花样同样是多个衍射环但环有些宽化这是金属的非晶状态其实就是纳米多晶的晶粒很小在13 nm之间导致了衍射环的宽化。同样是有些宽化的环但只有一个环这一般非晶态合金特有的该环是由非晶态合金里面的短程有序的结构特征引起的由于这些结构有序范围很小在1 nm以下所以出现了宽化。环发生宽化几乎不可辨或者说完全没有衍射信号可以判定为无定形连短程有序都没有的完全无序。从上面所述可以这么说假设有足够大的选区范围随着物相的有序范围逐渐增加衍射花样是这样逐渐变化的无衍射环完全无序宽化衍射环非晶合金或金属连续的锐利衍射环多晶或者多个颗粒组成的多晶粉末衍射点组成的不连续衍射环多晶但单个晶粒的有序区域在增加多个衍射点但有规律可循孪晶或多重孪晶周期性排列的二维衍射点单晶三衍射花样的标定注意点接下来说说衍射花样的标定这个其实我前面所说的资料里面已经有很充分的阐述一般看了那些资料的相关章节后都不会有太多问题我这里讲一些新手经常有的问题1. 底片的测量因为很多老电镜没有配备CCD相机所以拿到的都是底片那么这里就有一个如何测量或者如何将底片转换为电子格式再测量的问题。首先要看一下底片底片上一般会给出电子衍射所用的相机长度比如80 cm60 cm等一般只给出数字这就表示底片上的1cm就代表了80 cm。然后用以mm或0.5mm为最小单位的尺子测量衍射点或者衍射环到中心透射斑的实际距离R然后根据dRLA其中L是相机长度 A是电子波长一般的电镜书上都有比如200 kV电镜是0.00251 nm。代入计算即可得到相应的d值。建议测量用对称两点测量这样比较准确一些。2. 数码照片的测量这要分几种情况a) 如果有dm3格式的源文件而且标尺是倒易空间标尺1/nm那么很简单就用DigitalMicrograph这个软件读取用ROI tools里面的虚线或者实线工具拉线测量衍射点到中心斑点的长度这个时候control对话框里面的L就是对应值取倒数就是对应点的d值。b) 如果是dm3格式的源文件但标尺还是正空间标尺那么需要将这个标尺转换为倒易空间标尺一般的电镜室都有这样的校正文件转换一下即可。其余步骤同a)c) 如果没有dm3源文件只是有tiff或者jpeg这种格式但标尺已经是倒易空间标尺那么也很简单测量标尺长度S记下数值无需单位而后测量目标距离R如果倒易空间标尺是5 1/nm那么d值就是1/(R/S*5)d) 没有dm3源文件只是有tiff或者jpeg这种格式标尺也同样没有校正这个也有一个方法就是找到和你在同一机器同样条件下得到的标样的衍射照片把已知d值的衍射点量一下距离和相应d值取一个比值这样就可以作为临时标尺计算不过这是应急的方法最好还是用已经校正好的dm3格式文件来做。e) 角度测量同底片的DM测量方法。四其他标定点3. 注意标定时晶带轴确定的右手定则这个可以看看《分析电子显微学导论》的3.6章节或者电子显微分析4.5章节里面有充分的论述。4. 无论底片还是数码照片即使经过严格的标样校正和标准的拍摄程序d值的测量都不是特别准确误差在3-5%都是很正常的所以对应于标准PDF卡都会有一些不同因此要完全定下一个晶带轴还是需要晶面夹角就是两个衍射点与中心斑点之间形成的夹角来确认定好两个衍射面的hkl值后带入相应的晶系公式不同晶系的面夹角公式在那份资料里分析电子显微学导论的附录里面都有就可以得到一个理论夹角值比较理论值与测量值的差异一般能优于0.5度的误差就可以认定是准确的。5. 高分辨透射电镜有时候观察纳米粒子由于粒子大小和选区光阑的限制未必能得到好的单晶衍射花样这个时候高分辨图像的二维晶格像也能做类似的标定以CCD相机拍摄的数码照为例可以有两种方法第一种a. 选取两个相邻晶面量取d值注意尽量取多一些晶面层这样量的误差较小还要提醒一下新手量的时候是取晶面层之间的垂直距离而不是两个亮点之间的连线距离除非是矩形或者正方形。并量取二面的夹角b. 对应PDF卡大致确认晶面计算夹角后确认带轴。第二种推荐a. 对二维晶格像按alt键选取正方区域做FFT得到类衍射花样。这个时候的衍射点就和拍摄的晶格像对应量取衍射点和中心斑的距离同上6. 这里还要提到一维晶格和二维晶格。一般三维晶体投影到平面总是二维才对不过一是由于晶体的衍射需要满足bragg定律所以需要将衍射平面与衍射球相切才能有二维的衍射二是分辨率的限制。如果看到一维晶格多半是由于晶体的带轴不正衍射平面只是侧着与衍射球相交了这样标定晶面就有很大的随意性因为d值有一定的误差偏大偏小都是随便你来选的所以二维晶格来标定才比较可信。