第四章透射电子显微分析技术（二）
推荐一本参考书
《生物医学电镜样品制备方法》-----戴大临张清敏著
透射电镜生物医学试样的制备 一超薄切片技术
◆超薄切片的常规程序
◆超薄切片使用的设备
◆超薄切片使用的试剂及配方
二生物样品的负染色技术
一、超薄切片技术
透射电镜生物医学试样超薄切片的制作过程
需要经过取材、固定、清洗、脱水、浸透、包埋（聚合）、切片及染色等步骤。
超薄切片常规程序
◆取样：大小1mm3；
◆醛类(如戊二醛）预固定：2-4小时；
◆缓冲液清洗几次，中间更换新的缓冲液；
◆锇酸后固定：0-4℃下1-4小时；
◆缓冲液清洁半小时以上；
◆乙醇或丙酮的上升系列脱水，其顺序为：50%，70%，80%，90%，
95%各一次，每次5-15分钟，100%2-3次，每次5-15分钟；
◆包埋剂浸透，包埋；
◆聚合，60℃下聚合24-36小时，或者在紫外线下聚合24-48小时；
◆超薄切片
◆染色
图解超薄切片试样制备过程
（－）取材
1.取材的基本要求：
◆快取材的动作要迅速，最好在材料离体后１min内就进入
固定液；解剖器械要锋利，避免牵拉和挤压，尽量减少取材中的机械损伤。
◆准取材要准确。①器官要准确②部位要准确：如
脑垂体的前叶和后叶要分清，其结构和功能各不相同。
◆冷取材过程应尽量在低温下进行（０～４℃），以降低
酶的活性，减少细胞内结构的损失。
◆小所取材料体积要小，一般不超过１㎜3。因为固定剂的
渗透力较弱，若组织块太大，块的内部将得不到良好的固定。
2.取材方法
A．动物及人体组织的取材：
应在麻醉（1%戊巴比妥钠按5ml/kg体重腹腔注射）或断头急性处死后，解剖出所需器官，用解剖剪刀剪取一小块组织，放在干净的纸板上，滴一滴冷却的固定液，用新的、无油污锋利的
（双面）刀片将材料切成大约1mm宽，2～3mm长的小块，从中挑选损伤小的小条，再将其切成１mm3的小块，最后用牙签将这些小块逐一放入盛有冷的新鲜固定液的有盖青霉素小瓶里，放入冰箱冷藏室低温固定（０～４℃）。
B．体外培养细胞的取材：
生长在培养瓶中的体外培养细胞取材时，先倒出培养液，接着倒入适量的戊二醛固定液，在冰浴上放置３～５min，然后用刮刀轻轻刮下瓶壁上的细胞，将含有细胞的固定液转移到离心管中，普通离心机低速离心（2000转/分钟）15min，使细胞聚成团块，弃去上清夜，换上新鲜固定液继续固定。
C．植物组织的取材：
植物材料的取材宜切成薄片状，经适当固定后再切成小方块。
（二）固定
1.固定的概念：
用化学固定剂或冰冻、干燥及高温等物理方法迅速杀死细胞、以保持细胞形态结构不变的过程叫固定。固定的目的是尽可能使细胞中的各种细胞器及大分子保持生活状态的结构，并且牢固地固定在它们原来所在的位置上。经过良好固定的细胞器和大分子，不会由于一系列后继的处理而发生移位或丢失。
固定方法有化学固定法及物理固定法两大类，其中常用的是化学固定法。
2.几种常用的固定剂：
理想的固定剂应具有下列条件：
A．能迅速而又均匀地渗入组织细胞内，并尽快杀死细胞以减少“死后变化”；
B．能稳定细胞的各种结构成分，使之在脱水、渗透等过程中不溶解或损失；
C．细胞结构形态不收缩或膨胀，无人工假象或变形；
D．能保存酶的活性，以供电镜的细胞化学测定。
实践中较理想的固定剂有四氧化锇（锇酸）和戊二醛两种。其它还有高锰酸钾、多聚甲醛等。
①四氧化锇通称锇酸。是一种淡黄色具有强烈刺激味的有
毒晶体。其分子式为OsO
4，水溶液是中性的。四氧化锇是一
种强氧化剂，具有极大的毒性，操作时必须十分小心。固定时间约为2小时，如时间太长，使蛋白复合体溶解，使组织块发脆，造成切片困难。
②戊二醛1963年开始采用，是现今广泛应用于电镜上的良
好固定剂，对细胞内结构有良好的固定作用。常用它作为预固定剂，浓度通常为1.5－5％，时间一般为2小时。
③高锰酸钾一种强氧化剂，对磷脂蛋白类有特别良好的固定作
用，可用于保护细胞膜、内质网膜、线粒体外膜等，尤其对神经髓脂质的固定效果更为显著，目前使用较少。
④甲醛其水溶液俗称福尔马林，甲醛的反应速率比戊二醛慢，
对细胞精细结构的保存也不如戊二醛，但在酶活性的保存上却优于戊二醛，故甲醛一般多用于组织化学或快速固定。
固定方式
①常规组织块的二次固定法
这种方法适合于大多数组织的浸泡固定。
A：预固定用2.5％戊二醛磷酸缓液冲液或二甲胂酸钠缓冲液或用2％多聚甲醛加2.5％戊二醛在4℃下固定1－2小时，固定液用量不少于组织体积的40倍。
B：在4℃下用缓冲液洗涤，必须彻底洗去残余的戊二醛，时间为2小时或更长，中间换液数次。如戊二醛固定时间延长，则漂洗时间亦相应延长。洗涤液尽量采用同系列的缓冲液。C：后固定在4℃下用1％锇酸固定液固定1.5－2小时。
②体外培养细胞的固定法
③外周血细胞采集及固定方法
④原位固定法与灌流固定法
常用固定液的配制
①锇酸固定液的配制
市售的锇酸是一种淡黄色晶体，一般用安锫瓶封装，有0.1、0.5、1.0克三种。因受热和光照会促使其氧化，故需要保存于避光和阴凉处。配制锇酸的容器宜选用棕色磨口玻璃瓶，充分洗净。配制前，先将锇酸安锫瓶洗净，双蒸水冲洗，滤纸吸干。用金刚石在瓶壁中央小心划出痕纹，放入棕色瓶内，盖好瓶盖。振破安锫瓶后，按比例加入双蒸水，加盖后外部套上塑料袋，封紧或用石蜡密封瓶口，置冰箱中让其缓缓溶解。放三天以上方能完全溶解，成为无色或稍带淡黄的液体。
锇酸是极毒品，对呼吸道粘膜、眼角膜都有固定作用，操作者应尽可能避免与锇酸及其蒸气接触，应在通风橱内操作。
a：先配2％锇酸水溶液
b：用磷酸缓冲液配制的1％锇酸固定液
②戊二醛固定液的配制
A、0.1M磷酸缓冲戊二醛固定液（市售戊二醛多为25%的水溶
液）
戊二醛最终浓度（%）1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 0.2M磷酸缓冲液（ml）50 50 50 50 50 50 50 25%戊二醛水溶液（ml）4 6 8 10 12 16 20双蒸水加至（ml）100 100 100 100 100 100 100
B、0.1M二甲胂酸钠缓冲戊二醛固定液
戊二醛最终浓度（%） 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
0.2M二甲胂酸钠缓冲液（ml）50 50 50 50 50
5%戊二醛水溶液（ml） 4 6 8 10 12
双蒸水加至（ml）100 100 100 100 100
（三）清洗与脱水
由于锇酸能与乙醇作用生成沉淀，因此，在脱水之前，宜用缓冲液将多余的锇酸清洗干净，时间可从30分到几小时，有的甚至清洗过夜，其间应更换几次缓冲液。
脱水的作用是用一种中间液体（脱水剂）来代替样品中所有的游离水，脱水剂不仅能与水混合，而且还能与包埋剂混合，这样才能保证在包埋过程中包埋剂能够渗透进组织中。通常使用的脱水剂是一系列浓度逐渐增加的乙醇、丙酮等挥发性化学试剂。由于脱水剂是一种很强的脂溶剂，能够溶解掉组织内的大量脂肪，因而时间要适当控制。
常用缓冲液的配制
Ａ、磷酸缓冲液（0.2M）的配制方法如下：
甲液：Na2HPO4.12H2O 71.64g
加蒸馏水溶解成1000ml
乙液：NaH2PO4.2H2O 31.21g
加蒸馏水溶解成1000ml
按下表混合甲、乙两液即得所需PH的磷酸缓冲液
0.2M的磷酸缓冲液的配制（50ml）
PH 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4
甲液（ml）13.3 18.8 24.5 30.5 36.0 40.5
乙液（ml）36.7 31.2 25.5 19.5 14.0 9
磷酸盐缓冲液对细胞无毒性作用，常用于配制戊二醛固定液，并适于作灌注固定。本缓冲液的缺点是固定时容易产生沉淀，并容易生长细菌，不能长期储存。
B、二甲胂酸盐缓冲液（0.2M）
甲液：二甲胂酸钠 4.28g 加蒸馏水至100ml
乙液：0.2N盐酸
按下表混合甲、乙两液后，将总体积稀释成200ml即可获得不同PH的缓冲液
二甲胂酸钠缓冲液的配制
PH 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4甲液（ml）50 50 50 50 50 50
乙液（ml）18.3 13.3 9.3 6.3 4.2 2.7
本缓冲液比较稳定，不易生长细菌，可长期保存，与低浓度的钙质（1-3mM）不发生沉淀反应。缺点是胂有毒性、有臭味，配制时应在通风橱中进行。
（四）浸透和包埋
1.浸透：
就是用某种液体介质（包埋剂）渗人组织块取代脱水剂，这种介质能聚合硬化成固体，并具有足够的弹性以便进行超薄切片。
理想的包埋剂应具有以下条件：
A：粘度相当低，较易渗入组织，对组织没有化学作用；
B：聚合均匀而充分，聚合前后体积变化小，以保证细胞结构不受损伤；
C：软硬度适中，并便于调整；
D：制出的切片容易展平；
E：能经得起电子束的轰击；
F：高倍放大不显示本身任何细微结构；
G：对胶囊没有损伤作用；
H：材料来源丰富，易得、价廉，并对人体无毒性。
2.包埋的步骤：
如组织块是用丙酮脱水的，在100％丙酮脱水完毕后：
①先配制100％丙酮与包埋剂1∶l混合浸透液，将组织块转入
此液内，室温下放置1小时；
②将组织块换入纯包埋液中浸透2小时（中间可换一次包埋
液）；
③用牙签将组织块转移到胶囊底部或定向包埋模扳槽的顶部，
然后用包埋液将胶囊或模板槽灌满，把写好标本编号的纸
卷成环状放在胶囊的上部，或放在模板槽内。
④将胶囊或模板放在35－40℃温箱中浸透4小时或过夜；
⑤然后放人60℃温箱48小时，使其聚合。取出后使其自然冷却。
如用乙醇脱水时，100％乙醇后，需用环氧丙烷置换两次，每次10－20分钟，再将环氧丙烷和包埋液按1∶1混合
浸透1－2小时，再进入纯包埋液。
常用的包埋剂环氧树脂配方
Epon 812配方如下：
甲液：Epon 812 l0ml
DDSA（十二烷基琥珀酸酐）16ml（硬化剂）
乙液：Epon 812 10ml
MNA（甲基内次甲基邻苯二甲酸酐）8.9ml（硬化剂）
配制时，甲、乙液分别配制并贮存，根据不同的硬度要求，量取不同比例的甲乙液。－般冬季用1∶4，夏季用1∶9的比例。乙液比例越大，包埋块的性质越硬。配好混合液后，以1.5－2％的体积比，逐滴加入DMP－30（2、4、6－三（甲氨基甲基）苯酚），充分搅拌10分钟左右，聚合温度为60℃，48小时。
这是包埋好的试样
这是修块机和修整好的包埋块
透射电子显微镜的原理及应用 一．前言 人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm 的目标。光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A 。。光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。阿贝（Abbe ）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的。 图1-1（a ）表示了两个点光源O 、P 经过会聚透镜L ，在平面上形成像O ，、P ，的光路。实际上当点光源透射会聚成像时，由于衍射效应的作用在像平面并不能得到像点。图1-1（b ）所示，在像面上形成了一个中央亮斑及周围明暗相间圆环所组成的埃利斑（Airy ）。图中表示了像平面上光强度的分布。约84%的强度集中在中央亮斑上。其余则由内向外顺次递减，分散在第一、第二……亮环上。一般将第一暗环半径定义为埃利斑的半径。如果将两个光源O 、P 靠拢，相应的两个埃利斑也逐渐重叠。当斑中心O ，、P ，间距等于案例版半径时，刚好能分辨出是两个斑，此时的光点距离d 称为分辨本领，可表示如下： α λs in 61.0d n = （1-1） 式中，λ为光的波长，n 为折射系数，α孔径半角。上式表明分辨的最小距离与波长成正比。在光学显微镜的可见光的波长条件下，最大限度只能分辨2000A 。。于是，人们用很长时间寻找波长短，又能聚焦成像的光波。后来的X
电子显微分析 课程编号：40350033 课程名称：电子显微分析 英文名称：Electron Microscopy 学分：3 教材：1.自编讲义，2.陈梦谪主编金属物理研究方法（第二分册） 课程简介： 材料的宏观力学，物理和化学性质是由它的微观形态、晶体结构和微区化学成分所决定的。电子显微术就是由电子与物质的相互作用上所反映的信息来认识材料的形貌、结构与微区成分的。它可以研究原子尺度（特别是纳米尺度）的现象，而且可进行动态原位观察以及对微区进行综合分析，它是材料科学与工程中最常用的实验方法之一。本课程作为学习电子显微术的入门课，主要介绍透射电子显微术（电子衍射和透射电镜象的衬度原理）与扫描电子显微术，阐明各种现象的物理本质，基本理论及其应用与常用的实验方法，也介绍了电子显微术的新的发展方向。本课程适用于材料、物理、化学、化工、机械、微电子、土木、生物、医学等学科的本科生或研究生。 基本要求： 通过课堂教学和实验，使学生初步掌握电子衍射相分析、电于街村图象解释、扫描电子显微术及能谱分析技术，了解电子显微分析技术的最新进展，使学生能够正确地运用电子显微分析技术开展有关的科学研究。 教学内容： 绪论（1学时） 第一章电子光学（3学时） 1.l 分辨率 1.2 磁透镜的聚焦原理 1.3 电子光学作图成象法 1.4 电子透镜的象差 第二章透射式电子显微镜（4学时） 2.l 电子显微镜的发展 2.2 电子显微镜构造与原理 2.3 TEM成象原理 2.4 电子显微镜的合轴调整 2.5 TEM主要性能测试 2.6 TEM样品制备 第三章电子与物质的相互作用（2学时） 3.l 电子的弹性散射 3.2 电子的非弹性散射
透射电子显微镜的结构、原理和衍衬成像观察实验报告 一、实验目的 1、了解透射电子显微电镜的基本结构； 2、熟悉透射电子显微镜的成像原理； 3、了解基本操作步骤。
二、实验内容 1、了解透射电子显微镜的结构； 2、了解电子显微镜面板上各个按钮的位置与作用； 3、无试样时检测像散，如存在则进行消像散处理； 4、加装试样，分别进行衍射操作、成像操作，观察衍射花样和图像； 5、进行明场、暗场和中心暗场操作，分别观察明场像、暗场像和中心暗场像。 三、实验设备和器材 JEM-2100F型TEM透射电子 显微镜 四、实验原理 （一）、透射电镜的基本结构 透射电镜主要由电子光学系统、电源控制系统和真空系统三大部分组成，其中电子光学系统为电镜的核心部分，它包括照明系统、成像系统和观察记录系统组成。 （1）照明系统 照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。
电子枪就是产生稳定的电子束流的装置，电子枪发射电子形成照明光源，根据产生电子束的原理的不同，可分为热发射型和场发射型两种。 图1 热发射电子枪图2 场发射电子枪 聚光镜是将电子枪发射的电子会聚成亮度高、相干性好、束流稳定的电子束照射样品。电镜一般都采用双聚光镜系统。 图3 双聚光镜的原理图 （2）成像系统 成像系统由物镜、中间镜和投影镜组成。 物镜是成像系统中第一个电磁透镜，强励磁短焦距（f=1~3mm），放大倍数Mo一般为100～300倍，分辨率高的可达0.1nm左右。物镜的质量好坏直接影响到整过系统的成像质量。物镜未能分辨的结构细节，中间镜和投影镜同样不能分辨，它们只是将物镜的成像进一步放大而已。提高物镜分辨率是提高整个系统成像质量的关键。
第九章透射电子显微镜 一、透射电子显微镜的结构与成像原理 透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。它由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。电子光学系统通常称为镜筒，是透射电子显微镜的核心，它与光路原理与透射光学显微镜十分相似，如图1（书上图9-1）所示。它分为三部分，即照明系统、成像系统和观察记录系统。 图1 透射显微镜构造原理和光路 （a）透射电子显微镜b）透射光学显微镜） （1、照明源2、阳极3、光阑4、聚光镜5、样品6、物镜7、物镜光阑 8、选区光阑9、中间镜10、投影镜11、荧光屏或照相底片） （一）照明系统 照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。其作用是提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。为满足明场和暗
场成像需要、照明束可在2°～3°范围内倾斜。电子枪是电镜的照明源，必须有很高的亮度，高分辨率要求电子枪的高压要高度稳定，以减小色差的影响。 1、电子枪 电子枪是透射电子显微镜的电子源，是发射电子的照明源。常用的是热阴极三极电子枪，它由发夹形钨丝阴极、栅极帽和阳极组成，如图2（书上图9-2）所示。（发射电子的阴极灯丝通常用0.03～0.1mm的钨丝，做成“V”形。电子枪的第二个电极是栅极，它可以控制电子束形状和发射强度。故有称为控制极。第三个极是阳极，它使阴极发射的电子获得较高的动能，形成定向高速的电子流。阳极又称加速极，一般电镜的加速电压在35～300kV之间。为了安全，使阳极接地，而阴极处于负的加速电位。由于热阴极发射电子的电流密度随阴极温度变化而波动，阴极电压不稳定会影响加速电压的稳定度。为了稳定电子束电流，减小电压的波动，在电镜中采用自偏压电子枪。） 图a为电子枪的自偏压回路，负的高压直接加在栅极上，而阴极和负高压之间因加上一个偏压电阻，使栅极和阴极之间有一个数百伏的电位差。图b中反映了阴极、栅极和阳极之间的等位面分布情况。因为栅极比阴极电位值更负，所以可以用栅极来控制阴极的发射电子有效区域。当阴极流向阳极的电子数量加大时，在偏压电阻两端的电位值增加，使栅极电位比阴极进一步变负，由此可以减小灯丝有效发射区域的面积，束流随之减小。若束流因某种原因而减小时，偏压电阻两端的电压随之下降，致使栅极和阴极之间的电位接近。此时，栅极排斥阴极发射电子的能力减小，束流又可望上升。因此，自偏压回路可以起到限制和稳定束流的作用。由于栅极的电位比阴极负，所以自阴极端点引出的等位面在空间呈弯曲状。在阴极和阳极之间的某一地点，电子束会汇集成一个交叉点，这就是通常所说的电子源。交叉点处电子束直径约几十个微米。 从图A中看出，自偏压是由束流本身产生的，自偏压U b将正比于束流I b即：U b＝RI b。这样如果增加，会导致偏压增加，从而抵消束流的增加，这是偏压电阻引起负反馈的结果。它起着限制和稳定束流的作用。改变偏压电阻的大小可以控制电子枪的发身，当电阻R值增大时，控制极上的负电位增高，因此控制极排斥电子返回阴极的作用加强。在实际操作中，一般是给定一个偏压电阻后，加大灯丝电流，提高阴极温度，使束流增加。开始束流随阴极温度升高而迅速上升，然后逐渐减慢，在阴极温度达到某一数值时，束流不再随灯丝温度或灯丝电流变化而变化。此值称为束流饱和点，它是由给定偏压电子负反馈作用来决定的。在这以后再加大灯丝电流，束流不再增加，只能使灯丝温度升高，缩短灯丝寿命。另一种使束流饱和的方法是固定阴极发射温度，即选定一个灯丝电流值，然后加大偏压电阻，增大负偏压，使束流达到饱和点。当阴极温度比较高时，达到束流饱和所需要的偏压电阻要小些，当偏压电阻较大时，达到饱和所需要的阴极温度要低些。两者合理匹配使灯丝达到
透射电子显微镜的原理 XXX （大庆师范学院物理与电气信息工程学院2008级物理学200801071293黑龙江大庆163712） 摘要：透射电子显微镜在成像原理上与光学显微镜类似。它们的根本不同点在于光学显微镜以可见光作照明束，透射电子显微镜则以电子为照明束。在光学显微镜中将可见光聚焦成像的玻璃透镜，在电子显微镜中相应的为磁透镜。由于电子波长极短，同时与物质作用遵从布拉格(Bragg)方程，产生衍射现象，使得透射电镜自身在具有高的像分辨本领的同时兼有结构分析的功能。 关键词：第一聚光镜；第二聚光镜；聚光镜阑；物镜光阑；选择区光阑；中间镜 作者简介：XXX（1988-），黑龙江省绥化市绥棱县，物理与电气信息工程学院学生。 0引言： 工业多相催化剂是极其复杂的物理化学体系。长期以来,工业催化剂的制备很大程度上依赖于经验和技艺,而难以从原子分子水平的科学原理方面给出令人信服的形成机制。为开发更高活性、选择性和稳定性的新型工业催化剂,通过各种表征技术对催化剂制备中的过程产物及最终产品进行表征是一个关键性的基础工作。在当前各种现代表征手段中,透射电子显微镜尤其是高分辨透射电子显微镜,可以在材料的纳米、微米区域进行物相的形貌观察、成分测定和结构分析,可以提供与多相催化的本质有关的大量信息,指导新型工业催化剂的开发。 为什么透射电子显微镜有如此高的分辨率那？本文阐述了透射电子显微镜的工作原理。 1透射电子显微镜的定义/组成 1.1定义 在一个高真空系统中，由电子枪发射电子束， 穿过被研究的样品，经电子透镜聚焦放大，在荧光 屏上显示出高度放大的物像，还可作摄片记录的一 类最常见的电子显微镜称为透射电子显微镜。[1] 1.2组成 透射电子显微镜由照明系统、成像系统、记录 系统、真空系统和电器系统组成。（如图1） 2透射电子显微镜的照明系统 照明系统的作用是提供亮度高、相干性好、束 流稳定的照明电子束。它主要由发射并使电子加速 的电子枪和会聚电子束的聚光镜组成。图1透射电子显微镜结
《电子显微分析》知识点总结 第一讲电子光学基础 1、电子显微分析特点 2、Airy斑概念 3、Rayleigh准则 4、光学显微镜极限分辨率大小：半波长，200nm 5、电子波的速度、波长推导公式 6、光学显微镜和电子显微镜的不同之处：光源不同、透镜不同、环境不同 7、电磁透镜的像差产生原因，如何消除和减少像差。 8、影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素，如何提高电磁透镜的分辨率 9、电子波的特征，与可见光的异同 第二讲 TEM 1、TEM的基本构造 2、TEM中实现电子显微成像模式与电子衍射模式操作 第三讲电子衍射 1、电子衍射的基本公式推导过程 2、衍射花样的分类：斑点花样、菊池线花样、会聚束花样 3、透射电子显微镜图像衬度，各自的成像原理。 第四讲 TEM制样 1、粉末样品制备步骤 2、块状样品制备减薄的方法 3、块状脆性样品制备减薄——离子减薄 4、塑料样品制备——离子减薄 5、复型的概念、分类 第五讲 SEM 1、电子束入射固体样品表面会激发的信号、特点和用途 2、SEM工作原理 3、SEM的组成 4、SEM的成像衬度：二次电子表面形貌衬度、背散射电子原子序数衬度、吸收电子像的衬 度、X射线图像的衬度 第六讲 EDS和WDS 1、EDS探测系统——锂漂移硅固体探测器 2、EDS与WDS的优缺点 第七讲 EBSD 1、EBSD的应用 第八讲其它电子显微分析方法 1、各种设备的缩写形式
历年考题 透射电镜的图像衬度有非晶样品质厚衬度, 薄晶体样品的衍射衬度, 相位衬度。 一、我校材料分析中心现有的两台场发射电子显微镜有哪些主要的功能附件可以进行哪方面的分析工作 答：1、场发射扫描电子显微镜仪器型号： SUPRA 55 生产厂家：德国ZEISS 功能附件： （1）配备Oxford INCA EDS设备，可以对5B-92U的元素进行微区成分定性、定量分析，包括点、线、面成分的分析； （2）配备HKL EBSD设备，可以对材料进行取向、织构及物相鉴定，晶体学结构分析，相位及相位差分析，应变分析； （3）配备拉伸弯曲台，可以在扫描电镜内对试样做拉伸、压缩和弯曲试验，同时原位观察组织变化。 用途：可用于金属、非金属、半导体、地质、矿物、冶金、考古、生物等材料的显微形态，断口形貌的分析研究；也可进行各种样品的高分辨成像以及配合能谱仪进行微区元素分析，配备电子背散射衍射（EBSD）附件，可对晶体材料进行晶体取向、织构、以及物相鉴定等分析研究。 2、场发射透射电子显微镜仪器型号：TECNAI F30 G2生产厂家：美国FEI公司 功能附件： （1）配备EDS设备，可以进行微区成分定性定量分析，包括点、线、面成分的分析； （2）配备EELS，进行电子-能量损失谱分析； （3）配备原位拉伸仪，可以进行原位拉伸观察和三维图像重构分析。 用途：可以对透射电镜样品进行形貌、相应选区电子衍射、微衍射及相干电子衍射和高分辨电子显微像观察；配合STEM-HAADF探针进行原子序数衬度像分析；配合特征X射线能谱仪（EDS）进行纳米尺度成分分析；配合电子能量损失谱系统（EELS）进行电子能量损失谱分析；进行样品原位拉伸观察和三维图像重构分析。 二、电子束入射固体样品表面会激发哪些信号它们有哪些特点和用途 答：电子束入射固体样品表面会激发出背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征X射线、俄歇电子、电子束感生电效应、阴极荧光。 （1）背散射电子：入射电子与原子核发生弹性散射，能量损失小，一般大于50eV都称为背散射电子。平均原子序数越大，产生背散射电子越多，不仅能用于形貌分析，还可以用于显示原子序数衬度，定性进行成分分析； （2）二次电子：入射电子与外层电子发生非弹性散射，一部分核外电子获得能量逸出试样表面，成为二次电子。二次电子能量小，一般小于50eV，适于表面形貌观察； （3）吸收电子：入射电子发生非弹性散射次数增多，以致电子无法逸出试样表面，在样品与地之间接电流放大器，获得电流信号，吸收电子像衬度与二次电子和背散射电子的总像衬度相反，适用于显示试样元素分布和表面形貌，尤其是试样裂纹内部的微观形貌； （4）透射电子：如果被分析的样品很薄，就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。可进行形貌和成分分析。 （5）特征X射线：入射电子与样品原子内层电子作用，释放出具有特征能量的电磁辐射波，
—1— 第25章 透射电子显微镜 透射电子显微技术自20世纪30年代诞生以来，经过数十年的发展，现已成为材料、化学化工、物理、生物等领域科学研究中物质微观结构观察、测试十分重要的手段。电子显微学是一门探索电子与固态物质结构相互作用的科学，电子显微镜把人眼睛的分辨能力从大约0.2 mm 拓展至亚原子量级（<0.1nm)，大大增强了人们观察世界的能力。尤其是近20多年来，随着科学技术发展进入纳米科技时代，纳米材料研究的快速发展又赋予这一电子显微技术以极大的生命力，可以这样说，没有透射电子显微镜，就无法开展纳米材料的研究；没有电子显微镜，开展现代科学技术研究是不可想象的。目前，它的发展已与其他学科的发展息息相关，密切联系在一起。 25.1 基本原理 透射电子显微镜在成像原理上与光学显微镜是类似的（图25-1），所不同的是光学显微镜以可见光做光源，而透射电子显微镜则以高速运动的电子束为“光源”。在光学显微镜中，将可见光聚焦成像的是玻璃透镜；在电子显微镜中，相应的电子聚焦功能是电磁透镜，它利用了带电粒子与磁场间的相互作用。 理论上，光学显微镜所能达到的最大分辨率d ，受到照射在样品上的光子波长λ以及光学系统的数值孔径N A 的限制： 2sin 2A d n N λ λ α=≈ （25-1） 在20世纪初，科学家就已发现理论上使用电子可以突破可见光的光波波长限制（波长范围400~700nm ）。由于电子具有波粒二象性，而电子的波动特性则意味着一束电子具有与一束电磁辐射相似的性质。电子波长可以通过徳布罗意公式使用电子的动能推导出。由于在TEM 中，电子的速度接近光速，需要对其进行相对论修正： e λ≈ （25-2） 式中，h 表示普朗克常数；m 0表示电子的静质量；E 是加速电子的能量；c 为光速。电子显微镜中的电子通常通过电子热发射过程或者采用场电子发射方式得到。随后电子通过电势差进行加速，并通过静电场与电磁透镜聚焦在样品上。透射出的电子束包含有电子强度、相位、以及周期性的信息，这些信息将被用于成像。 在真空系统中，由电子枪发射出的电子经加速后，通过磁透镜照射在样品上。透过样品的电子被电子透镜放大成像。成像原理是复杂的，可发生透射、散射、吸收、干涉和衍射等多种效应，使得在相平面形成衬度（即明暗对比），从而显示出透射、衍射、高分辨等图像。对于非晶样品而言，形成的是质厚衬度像，当入射电子透过此类样品时，成像效果与样品的厚度或密度有关，即电子碰到的原子数量越多，或样品的原子序数越大，均可使入射电子与原子核产生较强的排斥作用——电子散射，使面通过物镜光阑参与成像的电子强度降低，衬度像变淡。另外，对于晶体样品而言，由于入射电子波长极短，与物质作用满足布拉格（Bragg ）方程，产生衍射现象，在衍射衬度模式中，像平面上图像的衬度来源于两个方面，一是质量、厚度因素，二是衍射因素；在晶体样品超薄的情况下（如10nm 左右），可使透射电子显微镜具有高分辨成像的功能，可用于材料结构的精细分析，
透射电子显微镜样品制备技术 样品制备的方法随生物材料的类型以及研究目的而各有不同。对生物组织和细胞等，一般多用超薄切片技术，将大尺寸材料制成适当大小的超薄切片，并且利用电子染色、细胞化学、免疫标记及放射自显影等方法显示各种超微结构、各种化学物质的部位及其变化。对生物大分子（蛋白质、核酸）、细菌、病毒和分离的细胞器等颗粒材料,常用投影、负染色等技术以提高反差,显示颗粒的形态和微细结构。此外还有以冷冻固定为基础的冷冻断裂──冰冻蚀刻、冷冻置换、冷冻干燥等技术。 超薄切片术将小块生物材料，用液态树脂单体浸透和包埋，并固化成塑料块，后用超薄切片机切成厚度为500埃左右,甚至只有50埃的超薄切片。超薄切片的制备程序与光学显微镜的切片程序类似，但各步骤的要求以及所使用的试剂和操作方法有很大差别。 固定选用适宜的物理或化学的方法迅速杀死组织和细胞,力求保持组织和细胞的正常结构,并使其中各种物质的变化尽可能减小。固定能提高细胞承受包埋、切片、染色以及电子束轰击的能力。主要固定方法有： ①快速冷冻，用致冷剂（如液氮、液体氟利昂、液体丙烷等）或其他方法使生物材料急剧冷冻，使组织和细胞中的水只能冻结成体积极小的冰晶甚至无定形的冰──玻璃态。这样，细胞结构不致被冰晶破坏，生物大分子可保持天然构型，酶及抗原等能保存其生物活性，可溶性化学成分（如小分子有机物和无机离子）也不致流失或移位。用冷冻的组织块，可进行切片、冷冻断裂、冷冻干燥和冷冻置换等处理。用此法固定的样品既可提供组织、细胞结构的形态学信息，又可提供相关的细胞化学信息。②化学固定，固定剂有凝聚型和非凝聚型两种，前
者如光学显微术中常用的乙醇、二氯化汞等，此法常使大多数蛋白质凝聚成固体,结构发生重大变化,常导致细胞的细微结构出现畸变。非凝聚型固定剂包括戊二醛、丙烯醛和甲醛等醛类固定剂和四氧化锇，四氧化钼等，适用于电子显微。它们对蛋白质有较强的交联作用,可以稳定大部分蛋白质而不使之凝聚,避免了过分的结构畸变。它们与细胞蛋白质有较强的化学亲和力，固定处理后，固定剂成为被固定的蛋白质的一部分。如用含有重金属元素的固定剂四氧化锇（也是良好的电子染色剂）进行固定，因为锇与蛋白质结合，增强了散射电子的能力，提高了细胞结构的反差。采用一种以上固定剂的多重固定方法，如采用戊二醛和四氧化锇的双固定法，能较有效地减少细胞成分的损失。此外，固定剂溶液的浓度、pH 及所用的缓冲剂类型、渗透压、固定时间和温度等对固定效果都有不同程度的影响。 固定操作方法通常是先将材料切成1立方毫米左右小块，浸在固定液中，保持一定温度（通常为4℃）,进行一定时间的固定反应。取材操作要以尽可能快的速度进行，以减少组织自溶作用造成的结构破坏。对某些难以固定的特殊组织，如脑、脊髓等，最好使用血管灌注方法固定，即通过血管向组织内灌注固定液，使固定液在组织发生缺氧症或解剖造成损伤之前，快速而均匀地渗透到组织的所有部分。灌注固定的效果比浸没固定好得多。 脱水化学固定后，将材料浸于乙醇、丙酮等有机溶剂中以除去组织的游离水。为避免组织收缩，所用溶剂需从低浓度逐步提高到纯有机溶剂，逐级脱水。 浸透脱水之后，用适当的树脂单体与硬化剂的混合物即包埋剂，逐步替换组织块中的脱水剂，直至树脂均匀地浸透到细胞结构的一切空隙中。 包埋浸透之后,将组织块放于模具中,注入树脂单体与硬化剂等混合物，通
一、实验名称 透射电子显微镜用于无机纳米材料的检测。 二、实验目的 1.认知透射电子显微镜的基本原理，了解有关仪器的主要结构； 2.学习利用此项电子显微技术观察、分析物质结构的方法，主要包括：常规成 像、高分辨成像、电子衍射和能谱分析等； 3.重点帮助学生掌握纳米材料等的微观形貌和结构测试结果的判读，主要包括： 材料的尺寸、大小均匀性、分散性、几何形状，以及材料的晶体结构和生长取向等。 三、实验原理 透射电子显微技术自20世纪30年代诞生以来，经过数十年的发展，现已成为材料、化学化工、物理、生物等领域科学研究中物质微观结构观察、测试十分重要的手段，尤其是近20多年来，纳米材料研究的快速发展又赋予这一电子显微技术以极大的生命力，可以这样说，没有透射电子显微镜，就无法开展纳米材料的研究。 透射电子显微镜在成像原理上与光学显微镜是类似的，所不同的是光学显微镜以可见光做光源，而透射电子显微镜则以高速运动的电子束为“光源”。在光学显微镜中，将可见光聚焦成像的是玻璃透镜；在电子显微镜中，相应的电子聚焦功能是电磁透镜，它利用了带电粒子与磁场间的相互作用。 在真空系统中，由电子枪发射出的电子经加速后，通过磁透镜照射在样品上。透过样品的电子被电子透镜放大成像。成像原理是复杂的，可发生透射、散射、吸收、干涉和衍射等多种效应，使得在相平面形成衬度（即明暗对比），从而显示出透射、衍射、高分辨等图像。对于非晶样品而言，形成的是质厚忖度像，当入射电子透过此类样品时，成像效果与样品的厚度或密度有关，即电子碰到的原子数量越多，或样品的原子序数越大，均可使入射电子与原子核产生较强的排斥作用——电子散射，使面通过物镜光阑参与成像的电子强度降低，忖度像变淡。另外，对于晶体样品而言，由于入射电子波长极短，与物质作用满足布拉格
A general introduction to STEM detector 1. BF detector It is placed at the same site as the aperture in BF-TEM and detects the intensity in the direct beam from a point on the specimen. 2. ADF detector The annular dark field (ADF) detector is a disk with a hole in its center where the BF detector is installed. The ADF detector uses scattered electrons for image formation, similar to the DF mode in TEM.The measured contrast mainly results from electrons diffracted in crystalline areas but is superimposed by incoherent Rutherford scattering. 3. HAADF detector The high-angle annular dark field detector is also a disk with a hole, but the disk diameter and the hole are much larger than in the ADF detector. Thus, it detects electrons that are scattered to higher angles and almost only incoherent Rutherford scattering contributes to the image. Thereby, Z contrast is achieved.
第二章 电子显微分析 一、教学目的 理解掌握电子光学基础、电子与固体物质的相互作用、衬度理论等电子显微分析的基本理论，掌握透射电镜分析、扫描电镜分析、电子探针分析的应用和特点，掌握用各种衬度理论解释电子显微像，掌握电子显微分析样品的制备方法，了解透射电镜、扫描电镜、电子探针的结构。 二、重点、难点 重点：电子与物质的相互作用、衬度理论、电子探针X 射线显微分析。 难点：电子与物质的相互作用、衬度理论。 概述： 一、光学显微镜的局限性： 1.分辨能力（分辨率）： 分辨能力（分辨率、分辨本领）： 一个光学系统能分开两个物点的能力，数值上是刚能清楚地分开两个物点间的最小距离。 nsina 61.0r λ==A N .61.0λ(nm) r —分辨率（r 小，分辨能力越高） λ—照明光的波长 n —透镜所处环境介质的折射率 а—透镜孔径半角（°） nsina —数值孔径 用N.A 表示 电子在电、磁场中易改变运动方向，且电子波的波长比可见光短得多，所以电子显微镜在高放大倍数时所能达到的分辨率比光学显微镜高得多。 二、电子显微分析： 是利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号、分析试样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成。 透射电子显微镜（TEM ） 扫描电子显微镜（SEM ） 电子探针（EPMA ） 特点： 1.分辨率高：0.2~0.3nm 2.放大倍数高：20~30万倍
3.是一种微区分析方法：能进行nm 尺度的晶体结构、化学组成分析 4.多功能、综合性分析方向发展：形貌、结构、成份 第一节 电子光学基础 电子光学是研究带电粒子（电子、离子）在电场和磁场中运动，特别是在电场和磁场中偏转、聚焦和成像规律的一门科学。 本课程所涉及的电子光学仅局限于电子显微镜这类仪器中电子的运动规律。 电子光学与几何光学的相似： 1. 聚焦成像：几何光学——光学透镜 电子光学——电场、磁场 2. 电子光学：仿照几何光学把电子运动轨迹看作射线，可用几何光学参数 来表征。 3. 几何光学中用旋转对称面（如球面）作为折射面。 电镜成像系统中用旋 转对称的电场、磁场的等位面作折射面。 一、电子的波性及波长 1. 电子波性——De Broglie 波 1924年，德布罗意提出了运动着的微观粒子（如中子、电子、离子等）也具有波粒二象性假说——运动着的微观粒子也伴随着一个波——物质波或德布罗意波 E=hv P=h/λ 则 λ=h/p=h/mv 2. 电子波长： V 0=0 m/s v ：0~v E=ev=1/2mv 2 当V ﹤﹤C 时 m=m 0 λ= = emV h 2v V 25 .12150= （A ） V↑ λ↓ 当V=100 KV λ=0.0037nm 二、电子在电磁场中的运动和电磁透镜 1. 电子在静电场中的运动： v= m ev 2 ① 电场力的加速作用 ② 折射作用
透射电子显微镜（TEM）实验报告 学院： 班级： 姓名： 学号： 2016年6月21日
实验报告 一、实验目的与任务 1.熟悉透射电子显微镜的基本构造 2.初步了解透射电镜操作过程。 3.初步掌握样品的制样方法。 4.学会分析典型组织图像。 二、透射电镜的结构与原理 透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成像和放大，然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。 透射电子显微镜按加速电压分类，通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。提高加速电压，可缩短入射电子的波长。一方面有利于提高电镜的分辨率；同时又可以提高对试样的穿透能力，这不仅可以放宽对试样减薄的要求，而且厚试样与近二维状态的薄试样相比，更接近三维的实际情况。就当前各研究领域使用的透射电镜来看，其主要三个性能指标大致如下： 加速电压：80～3000kV 分辨率：点分辨率为0.2～0.35nm、线分辨率为0.1～0.2nm 最高放大倍数：30～100万倍 尽管近年来商品电镜的型号繁多，高性能多用途的透射电镜不断出现，但总体说来，透射电镜一般由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统三大部分组成。此外，还包括一些附加的仪器和部件、软件等。有关的透射电镜的工作原理可参照教材，并结合本实验室的透射电镜，根据具体情况进行介绍和讲解。以下仅对透射电镜的基本结构作简单介绍。 1.电子光学系统 电子光学系统通常又称为镜筒，是电镜的最基本组成部分，是用于提供照明、成像、显像和记录的装置。整个镜筒自上而下顺序排列着电子枪、双聚光镜、样品室、物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏及照相室等。通常又把电子光学系统分为照明、成像和观察记录部分。 2.真空系统 为保证电镜正常工作，要求电子光学系统应处于真空状态下。电镜的真空度一般应保持在10-5托，这需要机械泵和油扩散泵两级串联才能得到保证。目前的透射电镜增加一个离子泵以提高真空度，真空度可高达133．322×10-8Pa或更高。如果电镜的真空度达不到要求会出现以下问题： 1)电子与空气分子碰撞改变运动轨迹，影响成像质量。
第二章透射电子显微镜 【教学内容】 1.透射电子显微镜的构造与成像原理 2.透射电镜图像的成像过程 3.透射电镜主要性能 4.表面复型技术 5.透射电镜观察内容 【重点掌握内容】 1.透射电子显微镜构造 2.表面复型技术 3.复型电子显微镜图像的分析。 【教学难点】 表面复型技术 2.1 透射电子显微镜的结构与成像原理 透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。 There are four main components to a transmission electron microscope: 1.an electron optical column 2. a vacuum system 3.the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source) 4.software 电子光学系统（镜筒）（an electron optical column）是其核心，它的光路图与透射光学显微镜相似，如图所示，包括：照明系统，成像系统，观察记录系统。
图2-1 投射显微电镜构造原理和光路 2.1.1 照明系统 组成：由电子枪、聚光镜（1、2级）和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。 作用：提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度高、束斑小、束流稳定的照明源。为满足明场和暗场成像需要，照明束可在20-30范围内倾斜。 1. 电子枪 电子枪是电镜的电子源。其作用是发射并加速电子，并会聚成交叉点。目前电子显微镜使用的电子源有两类： 热电子源——加热时产生电子，W丝，LaB6 场发射源——在强电场作用下产生电子，场发射电镜FE 热阴极电子源电子枪的结构如图2-2所示，形成自偏压回路，栅极和阴极之间存在数百伏的电位差。电子束在栅极和阳极间会聚为尺寸为d0的交叉点，通常为几十um。栅极的作用：限制和稳定电流。 图2-2 电子枪结构
透射电子显微镜 Ⅰ. 实验目的 （1）掌握透射电镜的基本构成 （2）掌握透射电镜的成像原理 （3）了解透射电镜的操作过程 （4）了解生物样品的制备过程 （5）利用透射电镜观察纳米材料和生物样品 Ⅱ. 仪器及技术指标 （1）型号：Hitachi（日立）-7650型透射电镜 （2）加速电压：40kV ~ 120kV （3）放大倍数：200 ~ 60万倍 图1Hitachi-7650型透射电镜 Ⅲ. 透射电镜的基本构成 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM），简称透射电镜，是以波长很短的电子束做照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。
图2透射电镜剖面结构示意图 1. 电子光学系统：又称镜筒，是TEM的核心。 发射并使电子加速的电子枪 （1）照明部分：会聚电子束的聚光镜 电子束平移、倾斜调节装置 作用：提供亮度好、相干性好、束流稳定的照明电子束。 物镜 中间镜 （2）成像部分：投影镜 物镜光阑 选区光阑
穿过试样的透射电子束在物镜后焦面上成衍射花样，在物 镜像平面上成放大的组织像，并经过中间镜、投影镜的接 力放大，获得最终的图像。 荧光屏 （3）观察记录部分 照相机 试样图像经过透镜多次放大后，在荧光屏上显示出高倍放 大的像。 2. 真空系统： 电子光学系统的工作过程要求在真空条件下进行，这是因为在充气的条件下会发生以下情况： 栅极与阳极间的空气分子电离，导致高电位差的两极之间放电 炽热灯丝迅速氧化，无法正常工作 电子与空气分子碰撞，影响成像质量 试样易于氧化，产生失真 目前，一般TEM的真空度为10-5 Torr（1Torr＝133.32Pa）左右。 真空泵组经常由机械泵和扩散泵两级串联成。为了进一步提高真空度，可采用分子泵、离子泵，真空度可达10-8 Torr或更高。 3. 电源与控制系统： 电子枪加速电子用的小电流高压电源用于提供两部分电源 透射激磁用的大电流低压电源 Ⅳ. 透射电镜的成像原理： 1. TEM是依照阿贝成像原理工作的 平行入射波受到有周期性特征物体的散射作用在物镜的后焦面上形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。 2. 具体过程： 电子枪产生的电子束经1～2级聚光镜后均匀照射到试样上的某一待观察微小区域上，入射电子与试样物质相互作用，由于试样很薄，绝大部分电子穿透试
第五章 扫描透射电子显微分析技术(STEM)
本章主要内容 5.1 STEM概述及发展史 51STEM 5.2 STEM构造及工作原理 5.3 STEM主要功能及应用 5.4 STEM最新进展及发展趋势 参考书：R.J.Keyse et al，Introduction to Scanning Transmission Electron Microscopy， 参考书：R J Keyse et al Introduction to Scanning Transmission Electron Microscopy BIOS Scientific Publishers Limited，1998。
51STEM STEM是指透射电子显微镜中有扫描附件者，尤其是指采发射电枪作成的扫描透射电镜扫描透射5.1 STEM 概述采用场发射电子枪作成的扫描透射电子显微镜。扫描透射电子显微分析是综合了扫描和普通透射电子分析的原理和特点而出现的一种新型分析方式STEM能够获得TEM所特点而出现的一种新型分析方式。STEM能够获得TEM所不能获得的一些关于样品的特殊信息。STEM技术要求较高，要非常高的真空度，并且电子学系统比TEM和SEM都要复要非常高真度，并子学系和都要复杂。 扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种发展。扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的种发展扫描线圈迫使电子探针在薄膜试样上扫描，与扫描电子显微镜不同之处在于探测器置于试样下方，探测器接受透射束散射束放在荧光 电子束流或弹性散射电子束流，经放大后，在荧光屏上显示与常规透射电子显微镜相对应的扫描透射电子显微镜的明场像和暗场像明场像和暗场像。
读书报告1 电子显微分析在稀土发光纳米材料中的应用 1.前言 稀土发光纳米材料稀土发光纳米材料是指颗粒尺寸在1-100nm的稀土离子掺杂发光材料。纳米颗粒具有尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，因而表现出小尺寸效应、表面/界面效应、量子尺寸效应、量子限域效应等。受这些特性的影响，稀土发光纳米材料表现出许多不同于体相材料的物理和化学特性，从而影响了稀土掺杂离子的发光特性和发光动力学性质，如电荷迁移带、发射光谱、发光效率和强度、荧光寿命、能量传递速率、浓度猝灭和温度猝灭、光诱导发光等。 十余年来，稀土发光纳米材料在多个领域展示出诱人的应用前景，例如纳米级稀土荧光粉能够显著改善涂屏的均匀度，有助于提高清晰度和分辨率。三基色荧光粉若以纳米级稀土发光材料代替普通微米级荧光粉，可以降低光散射，大大提高LED出光效率，并能有效改善光色质量。另外，稀土发光纳米材料还广泛应用于细胞染色、太阳能电池等领域。 目前，有关稀土发光纳米晶的发光特性研究依然是科研的热点，新的合成方法与优越的性能不断地被开发出来。许多科学工作者在提高稀土发光纳米材料的发光效率、亮度、稳定性方面已做了深入的研究。而近年来对于稀土掺杂纳米晶的形貌、粒径、分散性、表面质量的调控及机理研究掀起了一个新的高潮，这主要有赖于电子显微分析技术与水热合成法的发展成熟化。本读书报告遴选了3篇较为典型的有关电子显微分析技术在稀土发光纳米材料表征中的重要应用作个简要的介绍，同时指出了自己的一些启示与看法。 2.文献阅读与启示 2.1. 文献1——TEM及HRTEM在材料微观形貌及晶格条纹分析中的应用 文献标题：“Synthesis and Characterization of Lanthanide Hydroxide Single-Crystal Nanowires” 来源：Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 4790-4793 通讯作者：李亚栋院士，清华大学无机化学研究所所长
第二章透射电子显微镜【教学内容】 1.透射电子显微镜的构造与成像原理 2.透射电镜图像的成像过程 3.透射电镜主要性能 4.表面复型技术 5.透射电镜观察内容 【重点掌握内容】 1.透射电子显微镜构造 2.表面复型技术 3.复型电子显微镜图像的分析。 【教学难点】 表面复型技术 2.1 透射电子显微镜的结构与成像原理 透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一 种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。 There are four main components to a transmission electron microscope: 1. an electron optical column 2. a vacuum system 3. the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source) 4. software
电子光学系统(镜筒)(an electron optical column)是其核心，它的光路图与透射光学显微镜相似，如图所示，包括:照明系统，成像系统，观察记录系统。 图2-1 投射显微电镜构造原理和光路 2.1.1 照明系统 组成:由电子枪、聚光镜(1、2级)和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。 作用:提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度高、束斑小、束流稳定的照明源。为满足明场和暗场成像需要，照明束可在20-30范围内倾斜。 1. 电子枪
《材料分析方法》试验报告 透射电子显微镜介绍分析 姓名：杨勇班级：04011507 学号：2015300975日期：2017.11.18 一、试验目的 1.了解透射电子显微镜的结构与成像原理； 2.了解透射电子显微镜的主要功能。 二、仪器介绍： 1.透射电子显微镜简介 透射电子显微镜是一种具有高分辨率，高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。透射电子显微镜的主要特点是可以进行组织形貌与晶体结构同位分析、晶体缺陷分析和晶体结构测定。透射电子显微镜按加速电压分类，通常可分为常规电镜、高压电镜和超高压电镜。提高加速电压，可缩短入射电子的波长，一方面有利于提高电镜的分辨率；同时又可以提高对试样的穿透能力。 图1.透射电子显微镜图2.成像系统结构 2.透射电子显微镜结构 透射电子显微镜由电子光学系统、真空系统、电源与控制系统三部分组成，电子光学系统通常称为镜筒，是投射电子显微镜的核心部分。电子光学系统由照明系统、成像系统和观察记录系统组成。 （1）照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。 ①电子枪是投射电子显微镜的电子源。常用的是热阴极三极电子枪，而在高性能分析性透射电镜中多采用场发射电子枪，它分为冷阴极FEG和热阴极FEG，冷阴极在室温下使用，而热阴极加热到比热发射低的温度使用。 ②聚光镜用来会聚电子枪射出的电子束，以最小的损失照明样品，调节照明强度、孔径角和束斑大小，一般采用双聚光系统。 （2）成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成。 ①物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透镜。透射电子显微镜分辨率的高低主要取决于物镜。物镜的分辨率主要取决于极靴的
透射电子显微镜的现状与展望 透射电子显微镜方面主要有：高分辨电子显微学及原子像的观察，像差校正电子显微镜，原子尺度电子全息学，表面的高分辨电子显微正面成像，超高压电子显微镜，中等电压电镜，120kV，100kV分析电镜，场发射枪扫描透射电镜及能量选择电镜等，透射电镜将又一次面临新的重大突破；扫描电子显微镜方面主要有：分析扫描电镜和X射线能谱仪、X射线波谱仪和电子探针仪、场发射枪扫描电镜和低压扫描电镜、超大试样室扫描电镜、环境扫描电镜、扫描电声显微镜、测长／缺陷检测扫描电镜、晶体学取向成像扫描电子显微术和计算机控制扫描电镜等。扫描电镜的分辨本领可望达到0.2—0.3nm并观察到原子像。 电子显微镜(简称电镜，EM)经过五十多年的发展已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具。我国的电子显微学也有了长足的进展。电子显微镜的创制者鲁斯卡(E.Ruska)教授因而获得了1986年诺贝尔奖的物理奖。电子与物质相互作用会产生透射电子，弹性散射电子，能量损失电子，二次电子，背反射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子，阴极发光和电动力等等。电子显微镜就是利用这些信息来对试样进行形貌观察、成分分析和结构测定的。电子显微镜有很多类型，主要有透射电子显微镜(简称透射电镜，TEM)和扫描电子显微镜(简称扫描电镜，SEM)两大类。扫描透射电子显微镜(简称扫描透射电镜，STEM)则兼有两者的性能。为了进一步表征仪器的特点，有以加速电压区分的，如：超高压(1MV)和中等电压(200—500kV)透射电镜、低电压(～1kV)扫描电镜；有以电子枪类型区分的，如场发射枪电镜；有以用途区分的，如高分辨电镜，分析电镜、能量选择电镜、生物电镜、环境电镜、原位电镜、测长CD-扫描电镜；有以激发的信息命名的，如电子探针X射线微区分析仪(简称电子探针，EPMA)等。半个多世纪以来电子显微学的奋斗目标主要是力求观察更微小的物体结构、更细小的实体、甚至单个原子，并获得有关试样的更多的信息，如标征非晶和微晶，成分分布，晶粒形状和尺寸，晶体的相、晶体的取向、晶界和晶体缺陷等特征，以便对材料的显微结构进行综合分析及标征研究。近来，电子显微镜(电子显微学)，包括扫描隧道显微镜等，又有了长足的发展。下面见介绍部分透射电镜和扫描电镜的主要性能 1.高分辨电子显微学及原子像的观察 材料的宏观性能往往与其本身的成分、结构以及晶体缺陷中原子的位置等密切相关。观察试样中单个原子像是科学界长期追求的目标。一个原子的直径约为1千万分之2—3mm。因此，要分辨出每个原子的位置需要0.1nm左右的分辨本领，并把它放大约1千万倍。70年代初形