Анализ структуры материала методами просвечивающей электронной микроскопии

О.М. Жигалина, К.О. Базалеева

Анализ структуры материала  
методами просвечивающей 
электронной микроскопии

Методические указания  
к выполнению лабораторной работы 
по дисциплине «Методы структурного анализа»

УДК 539.25:620.187 
ББК 22.3 
       Ж68 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/46/book1736.html 

Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Материаловедение» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия 
 
 
Жигалина, О. М. 
 
 
Анализ структуры материала методами просвечивающей 
электронной микроскопии. Методические указания к выполнению 
лабораторной работы по дисциплине «Методы структурного анализа» / О. М. Жигалина, К. О. Базалеева. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 34, [2] с. : ил. 

 
ISBN 978-5-7038-4785-5 

 
Рассмотрены способы пробоподготовки объектов в просвечивающем электронном микроскопе, основные режимы работы микроскопа, 
методы расчета электронограмм при определении ориентации кристаллов, типа и периодов кристаллической решетки вещества, идентификации фазового состава, а также процесс получения изображений структуры с атомным разрешением.  
Для студентов, изучающих дисциплины «Методы структурного анализа», «Материаловедение», «Современные методы исследования материалов», «Материалы микро- и наноэлектроники» и др. 
 
УДК 539.25:620.187 
ББК 22.3 
 
 
 
 

  
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017 
  
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4785-5                             МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

Ж68 

Предисловие 

Цель методических указаний к выполнению лабораторной работы — формирование умения работать с электронно-микро- 
скопическими изображениями и электронограммами, а также 
освоение методик определения ориентировки кристаллов и идентификации фаз. 

В методических указаниях приведены общие сведения о дифракции электронов на кристаллической решетке, режимах работы просвечивающего электронного микроскопа, аберрациях электронной оптики, типах и правилах расшифровки электронограмм. 
Помимо этого, описаны лабораторное оборудование, задачи и 
порядок проведения лабораторной работы. В приложениях представлены форма отчета и способы пробоподготовки образцов для 
исследования с помощью электронного микроскопа. 
После выполнения лабораторной работы студенты будут 
знать, как провести пробоподготовку для электронно-микроскопического анализа материала, как получить информацию о 
структуре и фазовом составе вещества.  
Студенты будут уметь:  
‒ выполнять измерения, расчет и индицирование электронограмм различного типа (точечных и кольцевых); 
‒ определять погрешности расчета электронограмм и анализировать причины возникновения этих погрешностей при работе 
на микроскопе; 
‒ по полученным при расчете электронограмм данным определять межплоскостные расстояния и проводить идентификацию фаз; 
‒ определять ориентировку исследуемого кристалла, его сингонию; 
‒ применять светлопольный и темнопольный режимы работы 
микроскопа для визуализации структуры материала. 
Перед началом работы студентов инструктируют по технике 
безопасности. Затем проводится опрос, чтобы оценить уровень 
подготовленности студентов к проведению лабораторной работы.  
По окончании работы каждый студент представляет индивидуальный отчет, выполненный по форме (см. приложение 1), где 
должны быть даны ответы на контрольные вопросы. После проверки правильности оформления отчета и защиты работы студенту выставляется рейтинговый балл, учитываемый при оценке 
модуля № 2 дисциплины «Методы структурного анализа».

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

1.1. Общие сведения 

Анализ атомной структуры 
кристаллов с помощью пучков 
электронов как метод начал развиваться независимо от рентгеноструктурного анализа в конце 
1940-х — начале 1950-х годов и 
отличается более сильным взаимодействием излучения с веществом. Электроны рассеиваются 
на 
электростатическом 
потенциале кристалла, создаваемом положительно заряженными ядрами и отрицательно 
заряженными 
электронными 
оболочками, в то время как 
рентгеновские лучи «чувствуют» только электронную плотность объекта.  
Одной из основных особенностей метода анализа структуры 
материалов 
электронным 
пучком является малая длина 
волны используемых электронов — менее 0,05Å (0,5 нм).  
В этом случае сфера Эвальда 
практически вырождается в плоскость, и электронно-дифракционная картина представляет собой плоское сечение обратной  
решетки (рис. 1.1). Используемые образцы в основном имеют толщину от единиц нанометров до десятых долей микрона. Все это 
позволяет, например, исследовать вещества в высокодисперсном 
состоянии, которые не могут быть получены как монокристаллы.  
Свойственный электронам корпускулярно-волновой дуализм 
выражается формулой  

,
е
h
mV
 
 

где h — постоянная Планка; m — масса электрона; V — его скорость. 

 

Рис. 1.1. Сфера Эвальда в обратном пространстве: 
λрент — длина волны рентгеновского 
излучения; λе — длина волны электрона; k — волновой вектор; а*, b* —
        периоды обратной решетки