材料微观分析作业题答案(二).docx

材料微观分析作业题答案(二)第一章1、电子波有何特征?与可见光有何异同?答:·电子波特征:电子波属于物质波。电子波的波长取决于电子运动的速度和质量,若电子速度较低,则它的质量和静止质量相似;若电子速度具有极高,则必须经过相对论校正。·电子波和光波异同:不同:不能通过玻璃透镜会聚成像。但是轴对称的非均匀电场和磁场则可以让电子束折射,从而产生电子束的会聚与发散,达到成像的目的。电子波的波长较短,其波长取决于电子运动的速度和质量,电子波的波长要比可见光小5个数量级。另外,可见光为电磁波。相同:电子波与可见光都具有波粒二象性。补充:光学显微镜的分辨本领取决于照明光源的波长。2、分析电磁透镜对电子波的聚焦原理,说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。聚焦原理:电子在磁场中运动,当电子运动方向与磁感应强度方向不平行时,将产生一个与运动方向垂直的力(洛仑兹力)使电子运动方向发生偏转。在一个电磁线圈中,当电子沿线圈轴线运动时,电子运动方向与磁感应强度方向一致,电子不受力,以直线运动通过线圈;当电子运动偏离轴线时,电子受磁场力的作用,运动方向发生偏转,最后会聚在轴线上的一点。电子运动的轨迹是一个圆锥螺旋曲线。右图短线圈磁场中的电子运动显示了电磁透镜聚焦成像的基本原理:结构的影响:增加极靴后的磁线圈内的磁场强度可以有效地集中在狭缝周围几毫米的范围内;电磁透镜中为了增强磁感应强度,通常将线圈置于一个由软磁材料(纯铁或低碳钢)制成的具有内环形间隙的壳子里,此时线圈的磁力线都集中在壳内,磁感应强度得以加强。狭缝的间隙越小,磁场强度越强,对电子的折射能力越大。改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距3、电磁透镜的像差是怎样产生的,如何消除和减少像差?像差有几何像差(球差、像散等)和色差球差是由于电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的;为了减少由于球差的存在而引起的散焦斑,可以通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来实现像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的;透镜磁场不对称,可能是由于极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因导致的。像散可通过引入一个强度和方向都可以调节的矫正电磁消像散器来矫正色差是由于入射电子波长(或能量)不同造成的;使用薄试样和小孔径光阑将散射角大的非弹性散射电子挡掉,也可以采取稳定加速电压的方法来有效减小色差。4、说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么?如何提高电磁透镜分辨率?光学显微镜的分辨本领取决于照明光源的波长;球差是限制电磁透镜分辨本领的主要因素;孔径半角α减小,球差减小,但从衍射效应来看,α减小使变大,分辨本领下降,关键是电磁透镜确定电磁透镜的最佳孔径半角,使衍射效应Airy斑和球差散焦斑尺寸大小相等,表明两者对透镜分辨本领影响效果一样。5、电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响?说明电磁透镜的景深大、焦长长,是什么因素影响的结果?假设电磁透镜没有像差,也没有衍射Airy斑,即分辨率极高,此时它的景深和焦长如何?景深受分辨本领和孔径半角α的影响焦长受分辨本领、放大倍数和孔径半角的影响电磁透镜景深大、焦长长,是孔径半角α影响的结果分辨率极高,景深和焦长将减小(趋于0)第二章透镜电镜主要由几大系统构成?各系统之间关系如何?透射电镜由电子光学系统、电源与控制系统、真空系统三部分组成。电子