电子衍射花样的标定方法优化与应用

在电子衍射工作中，特别是选区电子衍射中，不外乎有两个目的：一是当物质的结构为已知时，通过衍射花样分析确定其取向；另一是当被鉴定物质的结构为未知时，通过衍射花样的分析来确定其结构和点阵常数，即所谓物相分析。

1.多晶体衍射花样的标定

多晶体衍射花样是同心的环花样，其指数标定基本上与X射线粉末法所述程序相同。首先测量各个环的直径2Ri，并计算出相应Ri，再由公式di=Lλ/Ri求出各环相应晶面间距di。根据衍射环的排列，可以估计此相的晶体结构或点阵类型，由晶面指数和晶面间距值，根据点阵类型就可知点阵常数a，b，c。最后查对PDF卡片，确定此相。可能和必要时，用X射线衍射分析加以验证。

2.单晶电子衍射花样的标定

电子显微镜主要用于观察和分析样品内微米和亚微米尺寸的超显微组织结构，选区衍射的微区内往往只有一颗或几颗单晶粒子，衍射花样呈现出一系列规则排列的斑点。标定电子衍射花样就是求出这些斑点指数及其晶带轴［uυw］的方向，并确定单晶的点阵类型、物相。

（1）简单斑点花样与反射面有关量的几何关系。形成透射斑点的入射束大体上平行于反射面，即相当于它们的晶轴方向；透射斑点至各衍射斑点间的连线R1，R2，……分别平行于相应反射面（h1h1l1）、（h2h2l2）、……的法线，其值为相应1/d值的Lλ倍，它们在花样上的分布相当于一个晶带的分布；连线间的夹角为相应反射面间夹角φ。通过这种分析不难看出，能够使斑点花样指数化的主要是花样上的两个特征量，一个是R，一个是φ。只要准确地测出R和φ，进而找出它们所代表的反射面指数hkl，就可据此推算出有关晶体学数据。当然，由于斑点尺寸有限，加之相对布拉格位置的偏移矢量S非零值引起的轻微位移，会使测得的R和φ值有某些误差。

由于入射束方向平行于反射面晶带轴，因此完全可以用反射面晶带轴来表示入射束方向，即

式中，h1k1l1和h2k2l2是衍射花样内与中心斑点构成三角形的任意两斑点指数。不过由h1k1l1至h2k2l2应围绕中心斑000成逆时针方向顺序旋转，用相应的g1和g2表示，即

并且在测量时要始终保持底板乳胶朝上。用此逆时针法则标定指数，B定义为衍射花样底板向上引出的法线，人们习惯上把B称为入射束方向或试样衍射时的取向。

（2）花样指数标定的一般程序。如果试样结构是已知的，则可按下述程序进行花样标定。

①测量与中心斑形成最小平行四边形的三个衍射斑到中心斑的距离；

②将测得的距离经R=Lλ/d公式转换成面间距d；

③将②算得的d值与具体物质面间距表中的d值相对照，得出每个斑点的｛hkl｝指数；

④测量所选衍射斑点之间的夹角φ；

⑤任选最靠近中心斑的一个衍射斑，用③所得出的｛hkl｝中的任一具体指数（hkl）标出；

⑥标出①平行四边形中其他两衍射斑指数，使其矢量相加时可以得到⑤所标出的（hkl）；(www.xing528.com)

⑦将⑤⑥所得的任意二个（hkl）值代入试样晶体所属晶系的面间角公式，核对三个衍射斑点之间的夹角关系，若算得的φ值与④测得的一致，说明指数标定是正确的，如果不一致说明标定错了，需检查和重新标定，然后利用式（3―14）定出B；

⑧利用指数沿一定方向连续递增或递减的规律，以及不同方向上两组指数矢量相加的办法，将其余衍射斑点全部指数标定出来。为慎重起见，最后还可利用面间角公式、式（3―14）和晶带定律进一步核实。

如果试样结构是未知的，那么衍射花样的标定就比较复杂。

对于未知结构的衍射花样的标定，首先是通过对衍射斑点的分析，确定出试样的结构。这项工作通常是根据斑点的对称特点或计算1/d2按递增顺序排列而出现的规律，判断出晶体结构类型。表3―2、表3―3和表3―4为晶体结构判断的依据。知道了试样的晶体结构就可以按上述的标定程序进行标定了。

表3―2　衍射斑点的对称性及可能所属晶体

表3―3　各种晶体结构的1/d2递增序列规律

表3―4　立方晶系可能出现反射的晶面指数

注：√—有衍射产生；×—无衍射产生。

确认晶体结构的工作是重要而又繁重的，原因是有时衍射斑点并不是对称得很好或很理想化的，由于测量的误差也会使得1/d2的数据的规律不明显或模棱两可，如果这时你对试样的其他情况又一无所知，那么花样标定工作就变得非常困难。这时常用的方法是在整个ASTM卡片内寻找那些与所测得的d值相近的物质的d值进行比较，由于电镜中的电子衍射在一般情况下不能提供精确的d值，因此只能表示与ASTM卡片所示d值大致相近的一些可能物质，要采取一切证据来排除各种可能性，以使判断正确。

如果对衍射花样的标定结果怀疑或要求精确地标定，则需用X射线衍射分析方法或用电子探针进行元素分析方法来进一步核实和验证。近年来采用分析电镜对试样电子探针成分分析、高放大倍率观察和电子衍射同时进行成为可能，从而大大提高了对衍射物的结构确认的准确度。

单晶衍射花样的标定方法是电子衍射花样标定工作中最基本的实验技能，因此材料学科领域的科技人员不可不会。

（3）单晶花样指数化的不唯一性。