4.4 Электронография

Электронография – метод исследования структуры кристаллических веществ, основанный на дифракционном рассеянии ускоренных электрическим полем электронов. Он применяется для изучения атомной структуры кристаллов, аморфных тел и жидкостей, молекул газов и паров. Существует несколько вариантов метода. Основным является электронография на просвет, при этом используют дифракцию электроноввысоких энергий (50-300 кэВ, что соответствует длине волны около 5-10^-3 нм). Электронографию проводят в спец. приборах - электронографах, в которых поддерживается вакуум10^-5-10^-6 Па, время экспозиции около 1 с, или в трансмиссионных электронных микроскопах. Образцы для исследований готовят в видетонких пленоктолщиной 10-50 нм, осаждая кристаллическое вещество из растворов илисуспензий, либо получая пленки вакуумным распылением. Образцы представляют собой мозаичныймонокристалл, текстуру илиполикристалл.

При прохождении через вещество электроны, обладающие волновыми свойствами, взаимодействуют с атомами, в результате чего образуются дифрагированные пучки, интенсивность и расположение которых связаны с атомной структурой вещества и другими структурными параметрами. Рассеяние электронов определяется электростатическим потенциалом атомов, максимумы которого отвечают положениям атомных ядер.

Сильное взаимодействие электронов с веществом ограничивает толщину просвечиваемых образцов десятыми долями микрометра. Поэтому методами электронографии изучают атомную структуру мелкокристаллических веществ, структуру поверхностей твёрдых тел, например, при исследовании явлений коррозии металлов, адсорбции и катализа.

Дифракционная картина - электронограмма - возникает в результате прохождения начального монохроматического пучка электроновчерез образец и представляет собой совокупность упорядочение расположенных дифракционных пятен - рефлексов(Рисунок 11), которые определяются расположением атомовв исследуемом объекте.

Рисунок 11 Вид электронограммы

Расчеты, обычно проводимые на ЭВМ, позволяют установить координаты атомов, расстояния между ними и т. д.(Рисунок 12).

Рисунок 12 Электронография слоистых силикатов

Определение типа кристаллической решетки вещества по его электронограмме даже с применением современных ЭВМ представляет сложную задачу и может занять несколько дней или недель.

В основе расчёта элементов кристаллической ячейки и определения симметрии кристалла лежит измерение упорядоченного расположения дифракционных максимумов - точек или пятен («рефлексов») на электронограммах. С волновой точки зрения дифракция электронов полностью эквивалентна дифракции света на дифракционной решётке. Поэтому при рассеянии электронов на кристаллах положение главных максимумов определяется формулой дифракционной решётки:

dsin Θ = mλ (16)

При малых углах дифракции

(17)

Если на некотором расстоянии L от решётки поместить фотопластинку, то на ней будет зарегистрирована дифракционная картина в виде узких дифракционных полос – рефлексов, положения которых определяются при малых углах дифракции соотношением

(18)

откуда период кристаллической решётки (межплоскостное расстояние)

(19)

5 Порядок выполнения работы

5.1 Ознакомьтесь с методическими указаниями к лабораторной работе

5.2 Введение. Порядок работы с программой

В данной лабораторной работе используются компьютерные модели, разработанные фирмой «Физикон».

Для начала работы необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши, когда ее маркер расположен над эмблемой сборника компьютерных моделей. После этого появится начальная картинка, имеющая вид

Рисунок 11 Начальная картинка «Виртуального практикума по физике для ВУЗов»

После этого необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши, установив ее маркер над названием радела, в котором расположена данная модель. Для квантовой физики вы увидите следующую картинку

Рисунок 12 Начальная картинка для раздела «Квантовая физика»