电子显微镜及其应用PPT课件(96页)
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课件--第二章 电子显微镜
第二章 电子显微镜(Electron Microcope)第一节 电子显微镜的基本构造和原理一、概述：电子具有波动性。
电子束在电场或磁场的作用下，可发生会聚、发散、反射、折射和偏转。
* 电镜：用电子束代替光束照射样品，而获得高分辨率的成像。
二、电子显微镜(电镜)的物理学基础(一)光学显微镜(光镜)的局限性：光镜可观察许多肉眼看不见的微小物体，但也有其局限性。
例如病毒就看不到。
* 原因：不是放大倍数的问题，而是分辨率不够。
1、分辨率：指显微镜或人眼在明视距离刚好能分辨的两质点的最小距离。
人眼的分辨率约为0.1毫米（人眼最小可分辨角约为1’）。
* 光镜分辨率不高原因：是光线衍射的影响。
质点成像时，不是形成理想的像点，而是形成一个像斑(Airy 斑)。
当两个像斑太靠近时就会分辨不清。
2、阿贝公式： 根据瑞利判据，推得分辨率(即最小可分辨距离)： 其中： Z ——最小分辨距离λ ——波长n ——透镜周围的折射率u ——透镜对物点张角的一半，nsinu 称为数值孔径，用 N.A. 表示3、提高分辨率的方法：①提高N.A.数。
如油浸物镜，N.A.数可从小于1提高至1.5～1.6，但很有限。
②用波长更短的光线。
而可见光波长有限，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。
4、电子的波长：比可见光波长更短的有：1）紫外线 —— 会被物体强烈的吸收；2）X 射线 —— 无法使其会聚；3）电子波 ——根据德布罗意物质波的假设，即电子具有微粒性，也具有波动性。
电子波长 λ=h/mv 电子运动速度与其加速电压U(伏特)有关.h —— Plank 常数m —— 电子质量v ——电子速度由公式计算知电子束 ：约0.1～10A0。
而可见光 ：4000～8000A0。
所以，使用电子束可大大提高分辨率。
(二) 电子透镜：..61.0sin 61.0A N u n Z λλ==电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成象的目的。
《电子显微技术》PPT课件
•F F’
整理ppt
4
透镜的放大倍数
物距u 、像距 v 、焦距 f
11 1 uv f
放大倍数M 可以表示为：
相距一定时，放大倍率M随 f 增大而降低
调节物距或者相距时，放大倍率M随之变化。
整理ppt
5
最小分辨率
由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面 形成一B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠得太近， 过分重叠，图象就模糊不清。
整理ppt
27
磁透镜结构剖面图
整理ppt
28
透镜使电子会聚的原理
O
A
C
O’
z
电子在磁透镜中的运动轨迹
整理ppt
29
整理ppt
30
所有从O点出发的电子类似的轨迹运动，在v一定时，当 轨迹与轴的角度很小时，电子会聚在O’点（O）的象。
α
α
O
物
象 物
O’ 象
a
b
平行光轴电子束经透镜成象的情况；a ~ b 为磁场
dn0s.6in10.N 6A 11 2
d 指物镜能够分开两个点之间的最短距离，称为物 镜的分辨本领或分辨能力；
λ为入射光的波长；
n为透镜周围介质的折射率
α为物镜的半孔径角
NA为数值孔径
整理ppt
9
dn0s.6in10.N 6A 11 2
对于可见光的波长在390~770nm之间， 光学显微镜其最小的分辨能力为0.2μm
最大放大倍数
1000×
百万倍
最佳分辨率
200nm
0.2nm
工作介质
空气、油浸
真空
试样
光片、薄片
薄膜
整理ppt
4
透镜的放大倍数
物距u 、像距 v 、焦距 f
11 1 uv f
放大倍数M 可以表示为：
相距一定时，放大倍率M随 f 增大而降低
调节物距或者相距时，放大倍率M随之变化。
整理ppt
5
最小分辨率
由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面 形成一B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠得太近， 过分重叠，图象就模糊不清。
整理ppt
27
磁透镜结构剖面图
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28
透镜使电子会聚的原理
O
A
C
O’
z
电子在磁透镜中的运动轨迹
整理ppt
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30
所有从O点出发的电子类似的轨迹运动，在v一定时，当 轨迹与轴的角度很小时，电子会聚在O’点（O）的象。
α
α
O
物
象 物
O’ 象
a
b
平行光轴电子束经透镜成象的情况；a ~ b 为磁场
dn0s.6in10.N 6A 11 2
d 指物镜能够分开两个点之间的最短距离，称为物 镜的分辨本领或分辨能力；
λ为入射光的波长；
n为透镜周围介质的折射率
α为物镜的半孔径角
NA为数值孔径
整理ppt
9
dn0s.6in10.N 6A 11 2
对于可见光的波长在390~770nm之间， 光学显微镜其最小的分辨能力为0.2μm
最大放大倍数
1000×
百万倍
最佳分辨率
200nm
0.2nm
工作介质
空气、油浸
真空
试样
光片、薄片
薄膜
《电子显微术》课件
安全防护
操作电子显微镜时，要佩戴专业眼镜和手套等防 护用品，避免对人体造成伤害。
04
电子显微镜的优缺点
优点
01
高分辨率
电子显微镜的分辨率远高于光 学显微镜，能够观察更细微的 结构。
02观Leabharlann 厚样品电子显微镜可以观察较厚的样 品，而光学显微镜则受限于光 的穿透深度。
03
多种观察模式
电子显微镜有多种观察模式， 如透射、扫描、背散射等，可 以提供更多样化的信息。
《电子显微术》ppt课件
目录
• 电子显微术简介 • 电子显微镜的基本结构 • 电子显微镜的操作与样品制备 • 电子显微镜的优缺点 • 电子显微术的应用实例
01
电子显微术简介
定义与原理
定义
电子显微术是一种使用电子显微镜观 察样品的微观结构和形貌的现代分析 技术。
原理
电子显微镜利用电子替代传统光学显 微镜的光源，通过电子束与样品相互 作用产生信号，再利用图像处理技术 将信号转换成图像。
发展历程
1925年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明第一台电子显微镜。
1931年
1940年代
第一台商用电子显微镜 问世。
透射电子显微镜（TEM ）和扫描电子显微镜（
SEM）的发展。
1980年代
引入计算机图像处理技 术，提高了成像质量。
种类与应用领域
种类
透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、环境电子显 微镜（ESEM）等。
控制系统
控制系统是电子显微镜的指挥中心， 负责控制和协调各个系统的正常工作 和操作。
它通常包括各种控制按钮、开关、调 节器和显示器等，操作者可以通过控 制系统来调整电子显微镜的工作状态 和参数，以满足不同的观察需求。
操作电子显微镜时，要佩戴专业眼镜和手套等防 护用品，避免对人体造成伤害。
04
电子显微镜的优缺点
优点
01
高分辨率
电子显微镜的分辨率远高于光 学显微镜，能够观察更细微的 结构。
02观Leabharlann 厚样品电子显微镜可以观察较厚的样 品，而光学显微镜则受限于光 的穿透深度。
03
多种观察模式
电子显微镜有多种观察模式， 如透射、扫描、背散射等，可 以提供更多样化的信息。
《电子显微术》ppt课件
目录
• 电子显微术简介 • 电子显微镜的基本结构 • 电子显微镜的操作与样品制备 • 电子显微镜的优缺点 • 电子显微术的应用实例
01
电子显微术简介
定义与原理
定义
电子显微术是一种使用电子显微镜观 察样品的微观结构和形貌的现代分析 技术。
原理
电子显微镜利用电子替代传统光学显 微镜的光源，通过电子束与样品相互 作用产生信号，再利用图像处理技术 将信号转换成图像。
发展历程
1925年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明第一台电子显微镜。
1931年
1940年代
第一台商用电子显微镜 问世。
透射电子显微镜（TEM ）和扫描电子显微镜（
SEM）的发展。
1980年代
引入计算机图像处理技 术，提高了成像质量。
种类与应用领域
种类
透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、环境电子显 微镜（ESEM）等。
控制系统
控制系统是电子显微镜的指挥中心， 负责控制和协调各个系统的正常工作 和操作。
它通常包括各种控制按钮、开关、调 节器和显示器等，操作者可以通过控 制系统来调整电子显微镜的工作状态 和参数，以满足不同的观察需求。
电子显微镜技术及其在医学中的应用(PPTshare)
100%
细胞膜与细胞连接
电子显微镜能够清晰地观察细胞 膜和细胞连接的结构，有助于研 究细胞的通讯和物质交换机制。
80%
细胞骨架结构
电子显微镜能够观察细胞骨架的 精细结构，有助于研究细胞的形 态发生和运动机制。
病毒和细菌的观察
病毒形态学
电子显微镜能够观察病毒的形态和结 构，有助于病毒的分类和鉴定。
细菌形态学
案例三：电子显微镜在神经科学研究中的应用
总结词
电子显微镜在神经科学研究中具有重要作用 ，能够揭示神经元的超微结构和功能，为神 经性疾病的诊断和治疗提供帮助。
详细描述
电子显微镜能够观察神经元的超微结构，如 突触、轴突、树突等，了解神经元的形态和 功能。通过观察神经元病变和损伤后的超微 结构变化，有助于对神经性疾病进行诊断和 病因分析。同时，电子显微镜还可以用于研 究神经递质、受体和信号转导机制，为神经
冷冻电镜技术的应用
在医学领域，冷冻电镜技术广泛应用于药物研发、病毒结构研究、癌 症机制探索等方面。
图像分析技术
1 2
图像分析技术
通过计算机软件对电子显微镜获取的图像进行分 析处理，提取出有用的生物学信息。
图像分析技术优势
能够快速准确地处理大量图像数据，提高分析效 率和准确性。
3
图像分析技术的应用
在医学领域，图像分析技术用于细胞形态学分析、 组织结构分析、蛋白质组学研究等方面，为疾病 诊断和治疗提供依据。
电子显微镜的优势与局限性
优势
高分辨率、高放大倍数、能够观 察更细微的结构；能够观察不透 明和半透明样品；能够进行样品 成分分析。
局限性
样品制备复杂、仪器成本高、操 作技术要求高。
02
电子显微镜技术在医学中的应用
《电子显微镜》PPT课件
❖ 扫描电镜的放大倍数M取决于显象管荧光屏尺寸S2和 入射束在试样表面扫描距离S1之比，即：
M＝S2／S1
由于荧光屏尺寸S2是固定的，因此其放大倍数的变化 是通过改变电子束在试样表面扫描距离S1来实现的。 一般放大倍数在20～20万倍之间，且连续可调。
❖ 将样品细节放大到人眼刚能看清楚（约0.2mm）的放
X射线 100~1000 500~5000
俄歇电子 06.01.2021
5~10整理ppt 0.5~2
24
❖ 扫描电镜的景深是指在样品深度方向可能观察 的程度。在电子显微镜和光学显微镜中，扫描 电镜的景深最大，对金属材料的断口分析具有 特殊的优势。
06.01.2021
整理ppt
25
二、放大倍数及有效放大倍数
整理ppt
17
二、扫描电镜与透射电镜的主要区别
❖ 1. 扫描电镜电子光学部分只有起聚焦作用的会聚透镜， 而没有透射电镜里起成象放大作用的物镜、中间镜和 投影镜。这些电磁透镜所起的作用在扫描电镜中是用 信号接受处理显示系统来完成的。
❖ 2. 扫描电镜的成象过程与透射电镜的成象原理是完全 不同的。透射电镜是利用电磁透镜成象，并一次成象； 扫描电镜的成象不需要成象透镜，它类似于电视显象 过程，其图象按一定时间空间顺序逐点形成，并在镜 体外显象管上显示。
06.01.2021
整理ppt
9
五、俄歇电子
❖ 从距样品表面几个Å深度范围内发射的并具有 特征能量的二次电子，能量在50～1500eV之间。 俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。
06.01.2021
整理ppt
10
六、特征X射线
❖ 样品中原子受入射电子激发后，在能级跃迁过 程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电 磁波辐射，其发射深度为0.5~5m范围。
电子显微镜技术及其在医学中的应用ppt课件
线粒体肌病，肌膜下线粒体数量明显增多， 形态异常×16000
周期性麻痹，肌纤维内可见许多小管（→）聚集， 排列有序 ×16000
电镜在生殖系统 诊断中的应用
电镜在生殖系统诊断中的应用
标本中电子散射得少，透过的部分就多----标本亮； 肾1电μ淀镜m称粉在超样代薄变谢切，性片肾疾，小病常球诊用系断厚膜 中度基的为质应5中用0-有70呈nm细（丝在状光淀视粉野样下物呈沉现着灰（色A）F） 优2. 选电子显微镜技术及其在医学中的应用 四周（、期三透性）射麻成电痹像镜，系在肌统医纤：学维物中内镜的 可 、应见中用许间多镜小、管投（影→镜）聚集，排列有序 ×16000 定细周位胞期性核、内麻特结痹征晶，性状肌、排纤重列维复的内性 腺 可、病见毒许多小管（→）聚集，排列有序 ×16000 伪线标性粒本：体厚S肌度E病、R、，密铅肌度污膜、染下电、线子核粒 束内体受数阻量情明况显不增同多，，透过标本电子束流就有多少的区别，荧光屏上出现明暗不同影像。 优标选本电中子电显子微散镜射技得术少及，其 透在过医的学部中分的就应多用----标本亮； 细电胞子核产内生结与晶样状品排发列生的腺 多病种毒作用 定周假位期包性含、麻体特痹、征，初性肌级、纤溶重维酶复内体性 可 、、见绒许毛多小管（→）聚集，排列有序 ×16000 假定标包位本含性厚体、度、特初征密级性度溶、酶重电体复子、 性 束绒、受毛阻情况不同，透过标本电子束流就有多少的区别，荧光屏上出现明暗不同影像。 周三IgA期、肾性组病麻织，痹、可，细见肌胞免纤、疫维细复内胞合可 器物见的沉许电积多镜小表管现（→）聚集，排列有序 ×16000 标甲伪本型性厚流：度感SE、病R、密毒铅度负污、染染电，、子图核束 示内受一阻条情完况整不的同丝，状透体过和标一本个电小子球束状流体就有多少的区别，荧光屏上出现明暗不同影像。 标电三本镜、中在组电肌织子肉、散活细射检胞得诊、少断细，中胞透 的 器过应的的用电部镜分表就现多----标本亮； 电标伪镜本性在中：代电SE谢子R、性散铅疾射污病得染诊少、断，核中 透内的过应的用部分就多----标本亮； 标活2. 本动厚性度狼、疮密性度肾、炎电，子肾束 小受球阻毛情细况血不管同腔，中透可过见标炎本症电细子胞束流就有多少的区别，荧光屏上出现明暗不同影像。 三栅甲、极型组：流织控感、制病细电毒胞子负、束染细，胞图器 示的一电条镜完表整现的丝状体和一个小球状体 1（定μ三位m称）性超成、薄像特切系征片统性，：、常物重用镜复厚、 性度中、为间5镜0-、70投nm影（镜在光视野下呈现灰色） 甲标周型本期流中性感电麻病子痹毒散，负射肌染得纤，少维图，内示 透 可一过见条的许完部多整分小的就管丝多（状-→---体）标和聚本一集亮个，；小排球列状有体序 ×16000 定肾电位淀镜性粉在、样代特变谢征，性性肾疾、小病重球诊复系断性 膜 中、基的质应中用有呈细丝状淀粉样物沉着（AF） 标假定本包位中含性电体、子、特散初征射级性得溶、少酶重，体复透 、 性过绒、的毛部分就多----标本亮； 定甲电位型镜性流在、感代特病谢征毒性性负疾、染病重，诊复图断性 示 中、一的条应完用整的丝状体和一个小球状体 电镜在生殖系统诊断中的应用
周期性麻痹，肌纤维内可见许多小管（→）聚集， 排列有序 ×16000
电镜在生殖系统 诊断中的应用
电镜在生殖系统诊断中的应用
标本中电子散射得少，透过的部分就多----标本亮； 肾1电μ淀镜m称粉在超样代薄变谢切，性片肾疾，小病常球诊用系断厚膜 中度基的为质应5中用0-有70呈nm细（丝在状光淀视粉野样下物呈沉现着灰（色A）F） 优2. 选电子显微镜技术及其在医学中的应用 四周（、期三透性）射麻成电痹像镜，系在肌统医纤：学维物中内镜的 可 、应见中用许间多镜小、管投（影→镜）聚集，排列有序 ×16000 定细周位胞期性核、内麻特结痹征晶，性状肌、排纤重列维复的内性 腺 可、病见毒许多小管（→）聚集，排列有序 ×16000 伪线标性粒本：体厚S肌度E病、R、，密铅肌度污膜、染下电、线子核粒 束内体受数阻量情明况显不增同多，，透过标本电子束流就有多少的区别，荧光屏上出现明暗不同影像。 优标选本电中子电显子微散镜射技得术少及，其 透在过医的学部中分的就应多用----标本亮； 细电胞子核产内生结与晶样状品排发列生的腺 多病种毒作用 定周假位期包性含、麻体特痹、征，初性肌级、纤溶重维酶复内体性 可 、、见绒许毛多小管（→）聚集，排列有序 ×16000 假定标包位本含性厚体、度、特初征密级性度溶、酶重电体复子、 性 束绒、受毛阻情况不同，透过标本电子束流就有多少的区别，荧光屏上出现明暗不同影像。 周三IgA期、肾性组病麻织，痹、可，细见肌胞免纤、疫维细复内胞合可 器物见的沉许电积多镜小表管现（→）聚集，排列有序 ×16000 标甲伪本型性厚流：度感SE、病R、密毒铅度负污、染染电，、子图核束 示内受一阻条情完况整不的同丝，状透体过和标一本个电小子球束状流体就有多少的区别，荧光屏上出现明暗不同影像。 标电三本镜、中在组电肌织子肉、散活细射检胞得诊、少断细，中胞透 的 器过应的的用电部镜分表就现多----标本亮； 电标伪镜本性在中：代电SE谢子R、性散铅疾射污病得染诊少、断，核中 透内的过应的用部分就多----标本亮； 标活2. 本动厚性度狼、疮密性度肾、炎电，子肾束 小受球阻毛情细况血不管同腔，中透可过见标炎本症电细子胞束流就有多少的区别，荧光屏上出现明暗不同影像。 三栅甲、极型组：流织控感、制病细电毒胞子负、束染细，胞图器 示的一电条镜完表整现的丝状体和一个小球状体 1（定μ三位m称）性超成、薄像特切系征片统性，：、常物重用镜复厚、 性度中、为间5镜0-、70投nm影（镜在光视野下呈现灰色） 甲标周型本期流中性感电麻病子痹毒散，负射肌染得纤，少维图，内示 透 可一过见条的许完部多整分小的就管丝多（状-→---体）标和聚本一集亮个，；小排球列状有体序 ×16000 定肾电位淀镜性粉在、样代特变谢征，性性肾疾、小病重球诊复系断性 膜 中、基的质应中用有呈细丝状淀粉样物沉着（AF） 标假定本包位中含性电体、子、特散初征射级性得溶、少酶重，体复透 、 性过绒、的毛部分就多----标本亮； 定甲电位型镜性流在、感代特病谢征毒性性负疾、染病重，诊复图断性 示 中、一的条应完用整的丝状体和一个小球状体 电镜在生殖系统诊断中的应用
最新电子显微镜技术及在病理诊断上的作用PPT课件
（三）电镜检查起验正作用：超微结构信息进一步 证实、丰富了光镜的组织学诊断
例：男,30 岁,肝穿活检。光镜诊断:慢迁肝。虽未见典型碎 屑样坏死,但不除外活动性变化。电镜见肝细胞大,疏松,细 胞周围间隙加大,有微绒毛化,滑面内质网增生,内含管状体, 肝窦内充塞胶原纤维。有的区域见部分肝细胞胞质有胞溶, 周围有淋巴细胞浸润。最后电镜诊断:慢性迁延性乙型病 毒性肝炎有轻微活动(图3) 。电镜有确诊价值。
病理检查内容通常包括活体组织检查、手术切除标本检查、 术中冰冻检查、细胞学检查、尸体解剖检查等。
病理检查的手段很多,如:HE 常规检查、特殊染色(组织化 学) 、免疫组化、原位分子杂交、聚合酶链反应( PCR) 、 电子显微镜检查、病理图像分析、流式细胞仪检查、细胞 培养、传真病理学( telepathology) 等。
例：男,39 岁,发现右侧颈部无痛肿物1 年余,花生米大,取 肿物做活检。光镜:增大的淋巴结,结构紊乱,但仍残留滤泡 与淋巴窦,窦腔及淋巴索充以大量胞质丰富的嗜伊红细胞, 直径约20 μm。核圆,卵圆或扭曲状。间有增生的淋巴细胞 及嗜酸性粒细胞。电镜:大细胞排列疏松、无连接、胞质 宽广,见有似网球拍或柄的双膜结构(Birbeck 颗粒) ,证明光 镜下嗜伊红大细胞为朗格汉斯细胞(图1) 。诊断为淋巴结 朗格汉斯细胞组织细胞增生症。电镜诊断具有独特的确诊 价值。
图2 转移癌:瘤细胞大、长圆形,胞核大、梭形,核膜不平滑,显著增大的核质比质膜 间有桥粒样连接,胞质含少许欠发达的细胞器,网栏状大核仁,两团染色质间颗粒。EM ×10 000
注：图片取自 张瑞祥,齐洁敏, 张洁茹等.235例疑难病理标本的电镜诊断价值 . 临床与实验病理学杂志;2002 ;15（5）
四、讨论
国内外对电镜诊断的价值,在肿瘤应用方面报 道较多,Gyorkey 等65 %。
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和几何关系 物质波性质
衍射强度 I
散射能力
穿透能力
电子衍射
X 射线衍射
2dsin=
电子—带电 晶体内部静电场 分布 ~Z4/3 轻重原子散射能 力相差不大 强, 衍射强度高 样品尺寸: 10-6~10-5 cm 曝光时间短 弱, 研究微晶表 面、薄膜的晶体 结构
电磁波--中性 晶体电子密度分 布 ~Z2 轻重原子散射能 力相差较大 弱, 衍射强度低 样 品 尺 寸 : 10-1 cm 曝光时间长
氯代酞氰铜 的高分辨电 子显微象及 计算机模拟 原子排布图
25
氮化硅的结构像 26
第五节 试样的制备及应用
一、高分子试样在电镜观察时受以下几方面影响： 1、真空度 2、电子损伤 3、电子束透射能力： 200kV加速电压下 切片厚度应在100nm 以下。
二、试样制备的一般操作： 1、网的种类： 材料：铜、镍、 不锈钢、 尼龙等
27
2、支持膜：
对支持膜的要求：
（1）有一定的机械强度；
（2）电子束照射下稳定性好；
（3）容易透过电子射线；
（4）本身在实验条件下无结构；
（5）化学稳定性好；
14
经相对论修正后的加速电压与电子波长对应值
加速电压（v) 1 100 10000 100000 200000 300000 1000000
电子波长（nm) 1.226 0.123 0.0122 0.003701 0.002508 0.001969 0.000872
15
二、衬度： 质厚衬度（吸收衬度）：
光学显微镜的放大倍数为2000； 电子显微镜的放大倍数：M总 M1 M 2 M n 可达10 6 ~107数量级。
19
第三节 电子衍射
一、电子衍射的形成：
借用光学透镜的方法描述电子衍射：
非晶——漫散射环 结晶——锋锐衍射束（斑）
20
相同点 不g 方程 规定的衍射条件
➢ 1926年，德国学者Busch:具有轴对称的磁场对电子束起着透
镜的作用，有可能使电子束聚焦成像。
3
光学显微镜与电子显微镜比较
4
电子显微镜分类
➢ 一 透射电镜（TEM)
二 扫描电镜（SEM)
H-800 TEM Hitachi S-4700
JEM 2010
世界电镜几大厂商：
Tecnai F20
日本日立公司（Hitachi-）
8
第一节 电子与物质的作用
特征散X射二 背 吸射俄电线次散收、歇透子：电射电弹电射探能子电子性入子电针谱：子：散射：子（仪电：射俄：子E（、P歇透ME扫非二AD电射)S次描弹） 。子电电电性、能镜子镜散波谱（（射谱仪TES仪（ME）M（A）EWSD）S）、
特征X射线
背散射电子
荧光
俄歇电子
感应电导
吸收电子
日本电子公司（Jeol-JEM,JSM）
美国的公司FEI（Tecnai）
德国的蔡司公司(Zesis)等。
5
1939年 第一台商品透射电子显微镜（TEM）
高压（TEM）（W，LaB6阴极） 加速电压200kV、300kV、400kV
超高压（TEM） 加速电压10MV
场发射电子枪（TEM）加速电压200kV 点分辨率0.19nm，晶格分辨率0.1nm 分析型可配EDS(分辨率0.5nm) 、EELS、拉伸、加热、冷冻、
强, 固体粉末
在电镜中进行电子衍射是一种有效的分析方法,灵敏度
总结
高,能方便地把几十纳米大小的微晶显微像和衍射分析
结合起来, 做到“既能看到，也能知道”
21
二、电子衍射谱举例： a、单晶电子衍射谱：
特点：同时有大量衍射斑点出现。
22
b、多晶电子衍射谱：
23
第四节 高分辨电子显微方法
Si3N4——SiC晶界的高分辨象（加速电压400kV) 24
一、分辨率（分辨能力）： 能分清两个点的中心距离的最小尺寸。
13
a、人眼分辨能力：约0.1~ 0.2mm。 b、光学显微镜的分辨率：
0.61 n sin
——分辨率；——可见光波长； nsin——透镜孔径值。 当可见光波长为500nm时，=0.2um
c、电子显微镜的分辨率：BCs¼¾ B—常数； Cs —球差系数； —电子波长。
试样
透射电子
9
透射电镜结构
➢ 一.电子光学系统
照明系统
电子枪:阳极、栅极、阴极 聚光镜：第一聚光镜、第二聚光镜
成像系统：物镜、中间镜、投影镜
观察记录系统：观察室、荧光屏、底片盒
➢ 二.真 空 系 统：旋转泵和扩散泵
➢ 三.电 源 系 统
10
透 射 电 子 显 微 镜 结 构
11
12
第二节 电子显微镜成象的 三大要素
60年代 商品扫描电子显微镜（SEM）
普通扫描电镜 （W灯丝）分辨率3nm 配备EDS、拉伸、WDS、加热、冷冻 样品台、背散射电子探头
低压扫描电镜 1~100eV
低能扫描电镜
场发射电子枪扫 描电镜
分辨率0.5nm
环境扫描电镜可 变真空度
1Pa~300Pa
7
第一章 透射电子显微镜（TEM）
➢ 第一节 电子与物质的作用 ➢ 第二节 电子显微镜成象的三大要素 ➢ 第三节 电子衍射 ➢ 第四节 高分辨电子显微方法 ➢ 第五节 试样的制备及应用
倾斜台 配备STEM具有HAADF功能
1931年，德国学者Knoll和Ruska获得了放大12-17倍的电子光学系 统中的光阑像，证明可用电子束和电磁透镜得到电子像。
1931-1933年， Ruska Ruska等做出了世界上第一台透射电子显微
镜。 Ruska因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。
6
与样品的原子序数及样品厚度有关。
16
衍射衬度： 晶体满足布拉格衍射条件，发生衍射。
17
相位衬度： 相位衬度——散射波和入射波发生干涉产生的衬度。
条件：试样厚度小于10nm，细节1nm以下，此时以 相位衬度为主。
碳纳米管壁的晶格条纹像 d=0.34nm
18
三、放大倍数：
（人眼） 光学显微镜的放大倍数 = （显微镜、仪器）
及其应用
1
2
➢ 1924年，德国科学家De Broglie：任何一种接近光速运动的 粒子都具有波动本质。
➢ 1926-1927年，Davission 、 Germer 和Thompson Reid 用 电子衍射现象验证了电子的波动性，发现电子波长比X光还 要短，从而联想到可用电子射线代替可见光照明样品来制作 电子显微镜，以克服光波长在分辨率上的局限性 。
衍射强度 I
散射能力
穿透能力
电子衍射
X 射线衍射
2dsin=
电子—带电 晶体内部静电场 分布 ~Z4/3 轻重原子散射能 力相差不大 强, 衍射强度高 样品尺寸: 10-6~10-5 cm 曝光时间短 弱, 研究微晶表 面、薄膜的晶体 结构
电磁波--中性 晶体电子密度分 布 ~Z2 轻重原子散射能 力相差较大 弱, 衍射强度低 样 品 尺 寸 : 10-1 cm 曝光时间长
氯代酞氰铜 的高分辨电 子显微象及 计算机模拟 原子排布图
25
氮化硅的结构像 26
第五节 试样的制备及应用
一、高分子试样在电镜观察时受以下几方面影响： 1、真空度 2、电子损伤 3、电子束透射能力： 200kV加速电压下 切片厚度应在100nm 以下。
二、试样制备的一般操作： 1、网的种类： 材料：铜、镍、 不锈钢、 尼龙等
27
2、支持膜：
对支持膜的要求：
（1）有一定的机械强度；
（2）电子束照射下稳定性好；
（3）容易透过电子射线；
（4）本身在实验条件下无结构；
（5）化学稳定性好；
14
经相对论修正后的加速电压与电子波长对应值
加速电压（v) 1 100 10000 100000 200000 300000 1000000
电子波长（nm) 1.226 0.123 0.0122 0.003701 0.002508 0.001969 0.000872
15
二、衬度： 质厚衬度（吸收衬度）：
光学显微镜的放大倍数为2000； 电子显微镜的放大倍数：M总 M1 M 2 M n 可达10 6 ~107数量级。
19
第三节 电子衍射
一、电子衍射的形成：
借用光学透镜的方法描述电子衍射：
非晶——漫散射环 结晶——锋锐衍射束（斑）
20
相同点 不g 方程 规定的衍射条件
➢ 1926年，德国学者Busch:具有轴对称的磁场对电子束起着透
镜的作用，有可能使电子束聚焦成像。
3
光学显微镜与电子显微镜比较
4
电子显微镜分类
➢ 一 透射电镜（TEM)
二 扫描电镜（SEM)
H-800 TEM Hitachi S-4700
JEM 2010
世界电镜几大厂商：
Tecnai F20
日本日立公司（Hitachi-）
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第一节 电子与物质的作用
特征散X射二 背 吸射俄电线次散收、歇透子：电射电弹电射探能子电子性入子电针谱：子：散射：子（仪电：射俄：子E（、P歇透ME扫非二AD电射)S次描弹） 。子电电电性、能镜子镜散波谱（（射谱仪TES仪（ME）M（A）EWSD）S）、
特征X射线
背散射电子
荧光
俄歇电子
感应电导
吸收电子
日本电子公司（Jeol-JEM,JSM）
美国的公司FEI（Tecnai）
德国的蔡司公司(Zesis)等。
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1939年 第一台商品透射电子显微镜（TEM）
高压（TEM）（W，LaB6阴极） 加速电压200kV、300kV、400kV
超高压（TEM） 加速电压10MV
场发射电子枪（TEM）加速电压200kV 点分辨率0.19nm，晶格分辨率0.1nm 分析型可配EDS(分辨率0.5nm) 、EELS、拉伸、加热、冷冻、
强, 固体粉末
在电镜中进行电子衍射是一种有效的分析方法,灵敏度
总结
高,能方便地把几十纳米大小的微晶显微像和衍射分析
结合起来, 做到“既能看到，也能知道”
21
二、电子衍射谱举例： a、单晶电子衍射谱：
特点：同时有大量衍射斑点出现。
22
b、多晶电子衍射谱：
23
第四节 高分辨电子显微方法
Si3N4——SiC晶界的高分辨象（加速电压400kV) 24
一、分辨率（分辨能力）： 能分清两个点的中心距离的最小尺寸。
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a、人眼分辨能力：约0.1~ 0.2mm。 b、光学显微镜的分辨率：
0.61 n sin
——分辨率；——可见光波长； nsin——透镜孔径值。 当可见光波长为500nm时，=0.2um
c、电子显微镜的分辨率：BCs¼¾ B—常数； Cs —球差系数； —电子波长。
试样
透射电子
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透射电镜结构
➢ 一.电子光学系统
照明系统
电子枪:阳极、栅极、阴极 聚光镜：第一聚光镜、第二聚光镜
成像系统：物镜、中间镜、投影镜
观察记录系统：观察室、荧光屏、底片盒
➢ 二.真 空 系 统：旋转泵和扩散泵
➢ 三.电 源 系 统
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透 射 电 子 显 微 镜 结 构
11
12
第二节 电子显微镜成象的 三大要素
60年代 商品扫描电子显微镜（SEM）
普通扫描电镜 （W灯丝）分辨率3nm 配备EDS、拉伸、WDS、加热、冷冻 样品台、背散射电子探头
低压扫描电镜 1~100eV
低能扫描电镜
场发射电子枪扫 描电镜
分辨率0.5nm
环境扫描电镜可 变真空度
1Pa~300Pa
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第一章 透射电子显微镜（TEM）
➢ 第一节 电子与物质的作用 ➢ 第二节 电子显微镜成象的三大要素 ➢ 第三节 电子衍射 ➢ 第四节 高分辨电子显微方法 ➢ 第五节 试样的制备及应用
倾斜台 配备STEM具有HAADF功能
1931年，德国学者Knoll和Ruska获得了放大12-17倍的电子光学系 统中的光阑像，证明可用电子束和电磁透镜得到电子像。
1931-1933年， Ruska Ruska等做出了世界上第一台透射电子显微
镜。 Ruska因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。
6
与样品的原子序数及样品厚度有关。
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衍射衬度： 晶体满足布拉格衍射条件，发生衍射。
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相位衬度： 相位衬度——散射波和入射波发生干涉产生的衬度。
条件：试样厚度小于10nm，细节1nm以下，此时以 相位衬度为主。
碳纳米管壁的晶格条纹像 d=0.34nm
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三、放大倍数：
（人眼） 光学显微镜的放大倍数 = （显微镜、仪器）
及其应用
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➢ 1924年，德国科学家De Broglie：任何一种接近光速运动的 粒子都具有波动本质。
➢ 1926-1927年，Davission 、 Germer 和Thompson Reid 用 电子衍射现象验证了电子的波动性，发现电子波长比X光还 要短，从而联想到可用电子射线代替可见光照明样品来制作 电子显微镜，以克服光波长在分辨率上的局限性 。