透射电子显微镜的特点

透射电镜的成像特点及应用透射电镜是一种能够通过物质内部的电子束传输信息的仪器。

它利用电磁透镜来聚焦电子束，将其投射到待观察样品上，然后通过收集样品透射的电子来形成图像。

透射电镜的成像特点及其应用如下：1. 高分辨率：透射电镜的分辨率通常可以达到亚埃（10-4毫米）甚至更高水平。

与光学显微镜相比，透射电镜可以显示出更细小的细节，使得我们能够观察到更微观的组织结构和物质的粒子。

2. 高放大倍率：由于透射电镜的高分辨率，它能够实现非常高的放大倍率，通常可以达到100万倍以上。

这使得我们能够更深入地研究和观察样品的微观结构和形态。

3. 内部结构观察：透射电镜可以穿透物质的表面，观察并分析样品内部的结构。

这种能力对于研究材料科学、生物学和纳米技术等领域非常重要，因为只有透过表面，我们才能真正观察到物质的内部组织和结构。

4. 原子级分辨率：透射电镜能够提供原子级甚至亚原子级的分辨率，使得我们能够观察到原子之间的相互作用、晶格缺陷以及纳米材料等微观结构。

这对于研究物质性质、材料物理和材料化学具有重要意义。

5. 惰性观察：透射电镜可以在真空或惰性气体环境中工作，从而避免了电子束与空气中的气体分子发生相互作用，保持样品的原始性质。

这对于观察和研究空气中不稳定的物质或易受氧化的物质非常重要。

透射电镜的应用范围非常广泛，以下是一些典型的应用领域：1. 材料科学：透射电镜可以观察和研究材料的晶体结构、相互作用和缺陷等特性。

它在材料科学领域的应用包括纳米材料研究、金属合金的结构分析、材料的电子结构分析等。

2. 生物学：透射电镜在生物学研究中广泛用于观察和分析生物细胞、组织和病毒等的结构和形态。

它可以帮助我们研究细胞的超微结构、蛋白质的空间结构、细胞分裂过程等。

3. 纳米技术：透射电镜对于纳米技术的研究和应用至关重要。

它可以观察和研究纳米材料的结构、性质和相互作用，从而帮助我们设计和制造具有特殊性能的纳米材料和纳米器件。

4. 矿物学和地球科学：透射电镜在矿物学和地球科学中有着广泛的应用。

透射电子显微镜的应用透射电子显微镜具有分辨率高、可与其他技术联用的优点，在材料学、物理、化学和生物学等领域有着广泛地应用。

1、材料的微观结构对材料的力学、光学、电学等物理化学性质起着决定性作用。

透射电镜作为材料表征的重要手段，不仅可以用衍射模式来研究晶体的结构，还可以在成像模式下得到实空间的高分辨像，即对材料中的原子进行直接成像，直接观察材料的微观结构。

电子显微技术对于新材料的发现也起到了巨大的推动作用，D.Shechtman借助透射电镜发现了准晶，重新定义了晶体，丰富了材料学、晶体学、凝聚态物理学的内涵，D.Shechtman也因此获得了2011年诺贝尔化学奖。

2、在物理学领域电子全息术能够同时提供电子波的振幅和相位信息，从而使这种先进的显微分析方法在磁场和电场分布等与相位密切相关的研究上得到广泛应用。

目前，电子全息已经应用在测量半导体多层薄膜结构器件的电场分布、磁性材料内部的磁畴分布等方面。

中国科学院物理研究所的张喆和朱涛等利用高分辨电子显微术和电子全息方法研究了Co基磁性隧道结退火热处理前后的微观结构和相应势垒层结构的变化，研究结果表明，退火处理可以明显地改善势垒层和顶电极、底电极之间的界面质量，改进势垒本身的结构。

3、在化学领域原位透射电镜因其超高的空间分辨率为原位观察气相、液相化学反应提供了一种重要的方法。

利用原位透射电子显微镜进一步理解化学反应的机理和纳米材料的转变过程，以期望从化学反应的本质理解、调控和设计材料的合成。

目前，原位电子显微技术已在材料合成、化学催化、能源应用和生命科学领域发挥着重要作用。

透射电镜可以在极高的放大倍数下直接观察纳米颗粒的形貌和结构，是纳米材料常用的表征手段之一。

天津大学的杜希文和美国Brookhaven国家实验室的HoulinL.xin等用原位透射电镜观察了CoNi双金属纳米粒子在氧化过程中形貌的变化，充分混合的Co、Ni 合金粒子经过氧化后，Co和Ni发生了空间上的部分分离，并在理论上对该现象进行了解释。

光学显微镜、TEM、SEM成像原理比较（一）、透射电子显微镜1、基本原理在光学显微镜下无法看清小于0.2µm的细微结构，这些结构称为亚显微结构（submicroscopic structures）或超微结构（ultramicroscopic structures；ultrastructures）。

要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。

1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM），电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。

目前TEM的分辨力可达0.2nm。

电子显微镜（图2-12）与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。

另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。

这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。

电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成。

表2-2不同光源的波长名称可见光紫外光X射线α射线电子束0.1Kv10Kv波长（nm）390~76013~3900.05~130.005~10.1230.0122扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）于20世纪60年代问世，用来观察标本的表面结构。

其工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。

图像为立体形象，反映了标本的表面结构。

为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。

TEM电子透射电镜TEM的优点有以下几个:1(信息采集范围小。

这是TEM最大的一个优点。

TEM的实验区域可以极其微小，可以直接在极微小区域内取得数据。

现在最先进的TEM已经可以对小于0.1纳米的区域进行拍照和分析。

在各种科学仪器中，只有扫描探针显微镜能达到这样的分析尺度。

但是二者不能相互替代，扫描探针显微镜研究范围只局限于表面，TEM 得到的信息来自样品的三维结构。

但是这种微小的分析尺度有时候也会带来局限性，下面会谈到。

2(工作模式多样。

透射电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)不仅仅具有通常显微镜的放大作用。

它还可以作为一台电子衍射仪提供样品的结构信息。

配合各种信号探测器，它又能对样品做化学成分或者磁、电性能的分析。

并且这些功能之间的转换非常方便，甚至可以同时进行。

TEM的缺点主要在以下几个方面:1(破坏性样品制备。

TEM需要很薄的样品使电子束能够穿过。

对于大多数材料，要求在微米以下。

这显然远远低于通常块体材料的厚度，所以需要认为地把样品减薄。

这实际上是个对材料的破坏过程。

这个过程有可能使样品发生变化，以致最终看到的并非材料原先的性质，而是制样过程引入的假象。

2(电子束轰击。

TEM中使用高能电子束照射样品，电子能量在105,106eV量级，并且束流密度很高。

换句话说就是在实验过程中大量高能量电子被持续地倾泻到样品上。

大部分电子会毫无遮挡地穿过样品，其余的电子会和样品里的原子发生碰撞，并且可能在碰撞时向原子传递能量。

样品吸收能量后可能出现多种变化，比如温度升高，原子电离，原子移动，等等。

而这些变化又可能引发更多相关变化，比如相变，缺陷移动，结构崩塌，原子迁移，等等。

某些情况下，研究人员会有意识地利用轰击作用研究材料的变化情况，但是多数情况下这种作用是不利的。

3(真空环境。

TEM实验需要在真空环境里进行，至少目前还是这样。

这种环境可能会对材料的性质或结构有影响，尤其是做表面研究的时候。

透射电子显微镜的原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察物质微观结构的工具。

相对于光学显微镜，TEM可以提供更高的分辨率和更大的放大倍数，因此在研究纳米尺度物体和物质的晶体结构等方面具有独特的优势。

下面将介绍TEM的原理以及工作过程。

TEM的主要组成部分包括电子源、电子光学系统、样品台以及探测器。

第一部分是电子源。

TEM使用的是热阴极电子源，通过加热材料产生的电子可以使它们跨越电子能障形成电子束。

电子束的形成需要经过一系列的加速器和准直透镜等装置，以确保电子束稳定的强度和方向。

第二部分是电子光学系统。

TEM的电子光学系统由一个或多个透镜组成，包括准直透镜、磁透镜和目标透镜。

准直透镜用于平行化电子束，磁透镜用于对电子束进行聚焦，目标透镜用于调整电子束的焦距。

这些透镜的组合可以将电子束聚焦到非常小的尺寸上，从而实现高分辨率的成像。

第三部分是样品台。

样品台是放置待观察样品的平台，可以通过控制样品的位置、倾斜角度等参数来调节观察角度和焦距。

第四部分是探测器。

探测器是接收和记录电子束穿过样品时所发生的相互作用的装置，常用的探测器包括像差探测器（Diffraction Contrast Detector）和投影光学探测器（Projection Optics Detector）。

像差探测器可以测量样品中的晶体缺陷和晶体结构，而投影光学探测器可以获得样品的原子分布图像。

TEM的工作过程如下：首先，样品被制成非常薄的切片，并被放置在样品台上。

然后，电子束由电子源发出，并通过光学系统的透镜进行聚焦。

接下来，聚焦的电子束穿过样品，并与样品中的原子和分子发生相互作用。

这种相互作用包括电子-电子相互作用、电子-晶格相互作用和电子-原子核相互作用。

然后，电子束到达探测器，根据不同的探测器可以得到不同的信息。

像差探测器可以根据电子束的衍射来获得样品中的晶体结构信息，而投影光学探测器则可以获得样品的原子分布图像。

透射电镜的结构原理及应用1. 介绍透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种基于电子束传输与样品交互作用的高分辨率显微镜。

透射电镜通过在样品上透射的电子束来形成图像，因此可以观察到原子尺度的细节。

本文将介绍透射电镜的结构原理以及其应用领域。

2. 结构原理透射电子显微镜的基本结构由以下几个主要组件组成：2.1 电子源透射电子显微镜使用高速电子束来照射样品。

电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极发射高能电子。

电子源生成的电子束必须具有高度的单色性和准直性。

2.2 准直系统准直系统用于控制电子束的方向和准直度，确保电子束可以尽可能准直地照射到样品上。

准直系统通常包括准直光阑和采购透镜。

2.3 束流衰减系统束流衰减系统用于控制电子束的强度，以适应不同的样品特性和实验需求。

束流衰减系统包括限制光阑、透镜和衰减器等组件。

2.4 对焦系统对焦系统用于控制电子束的焦距，以确保电子束能够聚焦在样品表面或其内部的特定区域。

对焦系统包括透镜和聚焦光阑。

2.5 样品台和检测系统样品台是放置样品的平台，通常具有三维移动的能力，以便于调整样品的位置和观察区域。

检测系统用于检测透射电子束与样品交互后的信号，并将其转化为图像。

3. 应用领域透射电子显微镜在各个科学领域中具有广泛的应用。

以下是几个常见的应用领域：3.1 材料科学透射电子显微镜可以观察和分析材料的微观结构、晶格缺陷、晶体取向等特征。

它被广泛应用于纳米材料、催化剂、半导体器件等领域。

3.2 生物学透射电子显微镜在生物学研究中发挥着重要作用，可以观察和研究生物细胞、组织和病毒等微观结构。

它被用于研究生物分子的结构、功能和相互作用。

3.3 纳米技术透射电子显微镜对于纳米技术的研究和开发非常关键。

它能够观察和控制纳米材料和纳米结构，有助于纳米器件的设计和制造。

3.4 地球科学透射电子显微镜在地质和地球科学中也具有重要的应用价值。

SEM和TEM各自的优缺点和使用条件姓名: 谭伟学号：2012221113100150SEM:即扫描电子显微镜，是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。

二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。

SEM的优点:(一) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。

(二) 样品制备过程简单，不用切成薄片。

(三) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。

(四) 景深大，图象富有立体感。

扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。

(五) 图象的放大范围广，分辨率也比较高。

可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。

分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。

(六) 电子束对样品的损伤与污染程度较小。

(七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

SEM的缺点：①异常反差。

由于荷电效应，二次电子发射受到不规则影响，造成图像一部分异常亮，另一部分变暗。

②图像畸形。

由于静电场作用使电子束被不规则地偏转，结果造成图像畸变或出现阶段差。

③图像漂移。

由于静电场作用使电子束不规则偏移引起图像的漂移。

④亮点与亮线。

带电样品常常发生不规则放电，结果图像中出现不规则的亮点和亮线。

TEM:即透射电子显微镜，简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。

散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。

通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。