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1、第 7 章 晶体的其它衍射效应及复杂衍射花样特征,7.1 概述,前面所讲单晶和多晶电子衍射花样属“简单”花样。主要特点：,近似平行于入射电子束B方向为晶带轴的一个晶带内晶面的衍射所产生。零层倒易截面的阵点排列的放大像。产生衍射的晶体是单质或无序固溶体，散射质点条件等同的。一次衍射所产生，无多次衍射斑点。,实际遇到的单晶电子衍射花样并不都是如此“单纯”，除了简单花样的规则斑点外，常出现一些“额外斑点”构成“复杂花样”。,超点阵斑点双衍射斑点高阶劳厄斑点孪晶电子衍射菊池衍射花样衍射条纹、卫星斑,“复杂花样”产生原因包括以下几方面：,Ewald球半径有限，衍射时有多个晶带参与，在衍射花样中出现高阶劳
2、厄带斑点、双晶带衍射等。晶体结构有序化产生超点阵斑点。入射电子多次散射，产生二次衍射和菊池线。两个或两相晶体同时参与衍射，出现两套斑点，或产生二次衍射。晶体形状、尺寸及晶体缺陷，导致衍射斑点变形或分裂，在花样中出现芒线、衍射条纹或卫星斑点。,形成的复杂花样主要有：,7.2 超点阵斑点,对单质或无序结构，当晶面满足消光条件时，其衍射斑点不存在（如f.c.c,消光条件为h.k.l奇偶混合，（F=0）。 但实际上遇到很多晶体为有序结构或产生有序化转变，构成所谓超点阵，主要形成于fcc、 bcc和hcp三类结构的固溶体中。此时，即使满足无序固溶体中的消光条件，但其F0，即可以使本来消光的斑点出现，于是
3、在衍射花样中出现额外斑点，叫做超点阵斑点。,固溶体的有序化将产生两种效应：,出现超点阵斑点 引入新的缺陷，反相畴界（APB）,下面以Cu3Au为例，说明超点阵斑点的形成与特征,Cu3Au面心立方固溶体，在一定条件下会形成有序固溶体，其中Cu原子处于面心，Au原子位于顶点，如图所示。,f.c.c结构晶胞中有4个原子，坐标为:,Cu3Au在无序的情况下，具有统计意义，含有0.75Cu、0.25Au,对H, k, l全奇全偶的晶面组，结构振幅 F = 4f平均 ；当H, k, l有奇有偶时，F = 0，产生消光。,(0，0，0)，(0，1/2，1/2)(1/2，0，1/2)(1/2，1/2，0),在
4、Cu3Au有序相中，晶胞中的四个原子的位置分别确定地由1个Au原子和3个Cu原子占据，坐标分别为:,当H, k, l全奇全偶时，结构振幅 当H, k, l有奇有偶时，,不产生消光。,以上分析表明，在无序固溶体态时，由于结构因子为0应当抹去的一些阵点（结构消光），在有序化后其F不为0，衍射花样中出现相应的额外斑点，即超点阵斑点。,Au: (0,0,0); Cu: (0, , )，(1/2,0,1/2)，(1/2,1/2,0),Cu3Au有序合金的超点阵斑点及指数化结果。,超点阵斑点的特征,超点阵斑点的出现，使衍射花样具有简单点阵的衍射花样特征；超点阵斑点出现的位置是相应的无序固溶体禁止反射的位置
5、；超点阵斑点的强度较低，是由结构因子所决定的,衍射束强度往往与透射束相当。当电子束在晶体中传播时，在晶面组（h1k1l1）的衍射束D1作为晶面（h2k2l2）的入射束发生衍射，称为二次衍射。或者定义为一次衍射束的再次相干散射。,1. 二次衍射的概念,7.3 二次衍射斑点,二次衍射的反射球构图。衍射的几何条件要求(h1k1l1)产生的一次和(h2k2l2)产生的二次衍射时其相应的倒易点分别位于以O1和O2为中心的反射球上。其中，二次衍射束应合成到O1球面上，相当于G3。,2. 产生二次衍射的几何关系,由图7-3(b)有,在衍射花样中出现额外的衍射斑点，使有些Fhkl=0的禁止反射出现衍射斑点；导
6、致衍射斑点强度的变化,3. 产生二次衍射的结果,如果衍射图中同时存在（h1k1l1）和（h2k2l2）斑点，利用上述关系很容易确定这两个晶面之间产生的二次衍射斑点的位置；如果（h3k3l3）的结构因子为0，则通过（h1k1l1）和（h2k2l2）晶面的二次衍射，在禁止反射的（h3k3l3）的位置出现二次衍射斑点。,4. 几个常见结构产生二次衍射的例子,（1） h.c.p 结构,已知hcp结构的消光规律为,h + 2k = 3n， 同时， l为奇数,即在正常情况下，不可能出现（0001），（0003）等斑点,即在（1011）产生的一次衍射束在（1010）晶面发生二次衍射后，将在（0001）位置出
7、现斑点。,（2） bcc 结构,h + k + l = 偶数,Bcc结构，F0的条件,若（h1k1l1）和（h2k2l2）之间发生二次衍射，二次衍射斑点,（h3k3l3）=（h1k1l1）+（h2k2l2）,h3 + k3 + l3 = 偶数,（h3k3l3）本身Fh3k3l3 0，即应该出现的。,即不会出现多余的斑点，仅是斑点强度发生了变化。,（3） fcc 结构,Bcc结构，F0的条件是：h, k, l 全奇数或全偶数,（h3k3l3）=（h1k1l1）+（h2k2l2）,显然,H3、k3、l3 为全奇数或全偶数，本身是存在的。,因此，不会出现多余的斑点，仅是斑点强度发生了变化。,一般f.
8、c.c和b.c.c晶体中，不会产生额外斑点，而hcp结构会产生额外斑点。,5. 产生二次衍射的情况,同一晶体内的两个晶面之间两相晶体的两个晶面之间取向不同、结构相同的相邻两个晶粒的两个晶面之间,Al-Mg-Si合金中基体与片状Mg2Si发生的二次衍射基体为001向， Mg2Si薄片垂直于入射束方向.,5. 二次衍射花样及分析,例1：,例2：如图所示为体心立方的（121）孪晶，基体相对于入射束的取向110M，孪晶面相对入射束倾斜600。,注意：不考虑斑点强度差别，由于二次衍射斑点的出现，使基体、孪晶、二次衍射重叠的衍射图似乎是一套斑点。,7.3 层错的衍射条纹,Fcc晶体111面的正常堆垛顺序：
9、,ABCABCABCABC ,当堆垛顺序发生错误时，形成层错。,FCC晶体的层错有两类：,（1）内禀层错，或抽出型层错,（2）外禀层错，或插入型层错,上述两种情况导致111面对应的倒易点沿方向拉长为倒易杆，其衍射效应是拉长的衍射条纹。,衍射花样特征中，甚至可以出现孪晶和密排六方结构的衍射斑点。,7.3 卫星斑点,当层错面倾斜于样品表面时，倒易点阵同时沿层错面的法线方向和样品膜面的法线方向扩展，形成互相具有一定交角的两个倒易杆n1和n2。,n1和n2与反射球相交产生两个衍射斑点，一为基体的主衍射斑点，另一为层错的卫星斑点。,1. 卫星斑点产生的原因,2. 卫星斑点反映的结构信息分析,g与n1和n2决定的平面不共面时的情形,图7-8(a,b)反映了 S 0的情况下，主衍射斑与层错卫星斑之间的相对位置与层错取向之间的关系。,反过来，可以根据s值、斑点位置关系确定层错面的取向及其在样品上下表面的边界。这对于层错的衍射分析是非常重要的信息。,
