
【医】 electron crystallography
electron
【化】 electron
【医】 e.; electron
【医】 crystallography
电子晶体照相术(Electron Crystallography)是一种利用电子束与晶体样品相互作用产生的衍射图案,来解析物质原子级结构的技术。其核心原理是通过高能电子穿透超薄晶体样品,形成衍射斑点或高分辨像,再结合数学重构技术(如傅里叶变换)解析晶体中原子排列的三维信息。
电子束与样品相互作用
高能电子(通常为100-300 keV)穿透晶体时,受原子库仑场作用发生弹性散射,形成衍射波。衍射角满足布拉格定律:
$$
nlambda = 2dsintheta
$$
其中 (lambda) 为电子波长,(d) 为晶面间距,(theta) 为入射角。
数据采集与重构
通过透射电子显微镜(TEM)记录衍射图案或高分辨像,利用直接法或相位重构算法(如电荷翻转法)计算电子密度分布图,最终确定原子坐标。
纳米尺度解析能力
电子波长(0.02 Å at 300 keV)远短于X射线,可解析亚埃级结构,尤其适用于微晶、纳米颗粒及二维材料(如石墨烯、MOFs)。
生物大分子结构解析
冷冻电镜(Cryo-EM)技术通过冷冻固定生物样品,结合电子晶体学解析膜蛋白、病毒衣壳等难以结晶的生物大分子结构。
通过旋转样品采集立体衍射数据,实现微米级单晶结构解析(如沸石分子筛活性位点研究)。
球差校正电镜将分辨率提升至0.5 Å以下,可直接观测轻原子(如锂离子电池中的Li原子)。
权威参考文献来源:
电子晶体照相术是一种结合电子显微技术与晶体学分析的成像方法,主要用于解析晶体材料的原子级结构。其核心原理是通过电子束与晶体样品的相互作用(如衍射、散射),记录产生的图案或图像,进而推断晶体的晶格排列、缺陷及化学成分等信息。
电子束照射
高能电子束穿透超薄晶体样品,与原子发生弹性或非弹性散射,形成衍射波。
衍射图案记录
通过探测器(如CCD相机)捕获电子衍射图样或高分辨率相位衬度像。例如,透射电子显微镜(TEM)可获取纳米级区域的衍射数据。
结构解析
利用数学算法(如傅里叶变换)将衍射信号转换为实空间图像,重建晶体原子排列。此过程需结合晶体对称性、布拉格方程等理论。
应用领域
适用于难以通过X射线衍射分析的微小晶体(如纳米材料、蛋白质晶体),在材料科学、化学及生物学中用于研究催化剂、半导体缺陷等。
$$ nlambda = 2dsintheta $$ 其中,( lambda )为电子波长,( d )为晶面间距,( theta )为入射角,( n )为衍射级数。
若需进一步了解具体仪器操作或案例,建议参考电子显微学或晶体学专业文献。
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