基础知识2——TEM中的明场像和暗场像

深海的那一抹蓝失效分析 2023-09-01 12:04:39 4457阅读 举报


什么是明场像、暗场像?


●明场像:用物镜光阑选择透射束成像时,获得的电子显微像称为明场像(BF:bright field image)

●暗场像:通过移动物镜光阑选择一个衍射束成像称为暗场像(DF:dark field image)

●中心暗场像:如果保持物镜光阑孔位于光轴上,用偏转线圈将选定的衍射束偏转到荧光屏中心,令其通过物镜光阑形成的像是中心暗场像(CDF:centre bright field image)


透射电子显微像观察中用物镜光阑确定成像的电子束


(备注:物镜光阑位于物镜后焦平面上,可以遮挡散射电子而提高试样像的衬度。


   明、暗场像的衬度是相反的?


通常情况下,在明场下,满足布拉格衍射条件的位置为暗的衬度,而不满足布拉格衍射条件的位置为亮的衬度。


而在暗场下,暗场像的衬度与对应选择的衍射束有关;如果采用任意一个弱的衍射束(即偏离布拉格条件比较远的衍射束)用于形成暗场像,则并非所有部分的衬度都是相反的。

上图给出Cu12.7Al合金马氏体例子,明暗场像衬度并非正好相反。

图(a)是明场像;图(b)是衍射花样,由两套衍射斑点叠加;图(c)是物镜光阑位于衍射斑A的CDF;图(d)是物镜光阑位于衍射斑B的CDF.


值得注意的是,如果接近理想双束条件,即除透射束外,仅有一束强衍射束,则此衍射束强度与直射束强度之和近似等于入射电子束强度。此时,明、暗场像的强度近似为互补关系


我们常说:一个晶粒内,双束衍射条件下,明场像与暗场像的衬度恰好相反



明场像有什么作用?


形貌观察是TEM中最基本的测试项目,且一般使用明场像进行形貌观察


明场像中晶粒的衬度与晶粒取向有关,而一般情况下相邻晶粒之间的晶体取向是不同的,因此不同的晶粒有不同的衬度,所以在明场像中能够得以区别不同的晶粒,从而可以进行晶粒尺寸统计


形貌观察,亦可用于晶粒统计


当晶体中存在畸变时,晶内某些区域的晶体学取向会发生微小的变化,从而在明场像中产生衬度上的差别。


因此利用明场像可以观察点缺陷、线缺陷(位错)、面缺陷(孪晶、层错)等。

位错

层错

孪晶


基体和第二相的衍射条件一般也是不同的,因此稍有经验的研究人员,可以在明场像中观察第二相的分布和第二相的尺寸

第二相分布


当然,如果样品是纯非晶态,则不存在衍射衬度或取向衬度,只有质厚衬度。

非晶样品形貌


暗场像有什么作用?


利用暗场像,可对晶体缺陷或第二相成像。


该类高温合金,析出相与基体完全共格,明场像下两者衬度接近,区分不明显,因此需要通过做中心暗场像来凸显第二相的形貌尺寸特征。


利用暗场像,可统计晶粒尺寸,特别是塑性变形产生的细晶结构,因畸变严重,明场像下晶粒形貌不明显,利用暗场成像则能更准确地统计晶粒尺寸。



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作者:深海的那一抹蓝
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