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透射电镜、扫描电镜样品的制备及电镜观察一、实验目的1、掌握透射电子显微镜和扫描电子显微镜的结构及工作原理2、了解透射电镜和扫描电镜样品的制备方法3、了解透射电镜和扫描电镜的操作步骤二、实验原理1、透射电子显微镜的结构及其原理透射电子显微镜主要由3个部分组成：电子光学系统、真空系统和电器系统。
真空系统由机械泵和扩散泵组成，任务是保证镜筒内电子束经过部分的真空度至少在10－4－10－6mmHg，以减少高速运动的电子受气体分子散射的机会和气体分子受高速电子撞击时的电离放电现象，以及样品对电子枪灯丝的污染等等。
提高图像质量，延长灯丝寿命。
电器系统包括高压电源、透镜电源、真空系统电源和其他电器部件。
为了保持电子枪发射电子波长的单一性，电子枪加速电压必须配有稳压器，而且要求输出电压的稳定性在10-5~10-6以上。
透射电镜的电子光学系统包括照明系统、成像系统和记录系统。
物镜、中间镜、投影镜组成的三级放大是成像系统的常规模式，它有高放大倍率、中放大倍率和低放大倍率三种工作状态。
在实际电镜观察中，为了寻找样品中的最佳成像区域，通常先在低倍模式下大视域观察，在转换到高倍成像模式进一步观察。
它的成像原理有质量厚度衬度原理、电子衍射原理、衍射衬度成像原理。
2、扫描电子显微镜结构及其工作原理扫描电子显微镜除了电子光学系统、真空系统、电器系统三部分外，还有信号检测系统。
一般扫描电镜的电子光学部分由电子枪、三级聚光镜和样品室组成。
在扫描电镜中，样品较厚，电子束与样品表面的作用很复杂，引起非弹性散射的原因也很多，由于每个高能电子入射到样品后的境遇不同，激发多种物理信号。
如果在样品附近配置不同的信号检测器，就可获得反映样品不同性质的信息。
二次电子像的分辨率等于扫描电镜的极限分辨率。
按照检测的对象划分，检测系统可分为三大类：电子检测器、阴极荧光检测器和X射线检测器。
扫描电镜的衬度是一个与样品的性质、所检测的物理信号种类、具体所用的检测器等因素有关的量，最长涉及的有形貌衬度、成份衬度、晶体衬度、电位衬度等。
实验：透射电镜姓名：张露露学号：201414010427 班级：材料1411小组成员：赵丰、张倩一、实验目的1、了解透射电子显微镜的结构和工作原理。
2、了解透射电子显微镜样品制备的方法。
3、了解并掌握透射电子显微镜的分析方法。
二、实验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显微镜。
透射电镜的总体工作原理是:由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上;透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多;经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上;荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。
三、透射电镜的结构透射电子显微镜由三大部分组成：1、电子光学系统（镜体）：照明源（电子枪聚光镜）、成像系统（样品镜、物镜、中间镜、投影镜）、观察记录系统。
2、真空系统。
3、电源与控制系统1、电子光学系统TEM照明源：照明系统包括电子枪和聚光镜2个主要部件，它的功用主要在于向样品及成像系统提供亮度足够的光源和电子束流，对它的要求是输出的电子束波长单一稳定，亮度均匀一致，调整方便，像散小。
TEM成像系统由物镜、中间镜、投影镜、样品室构成。
（1）物镜成一次像，决定透射电镜的分辨本领。
要求它有尽可能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽可能小的相差。
通常采用强激磁，短焦距的物镜。
放大倍数较高，一般为100-300倍。
目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
特点物镜是一块强磁透镜，焦距很短，对材料的质地纯度、加工精度、使用中污染的状况等工作条件都要求极高。
致力于提高一台电镜的分辨率指标的核心问题，便是对物镜的性能设计和工艺制作的综合考核。
透射电镜细胞样品制备流程透射电镜细胞样品制备流程概述透射电镜（TEM）是一种常用于观察细胞结构和超微结构的高分辨率显微镜。
样品制备是进行TEM观察的关键步骤，正确的制备流程能够保证样品的质量和结构完整性。
流程步骤1.选择适合的细胞样品–根据研究目的选择不同类型的细胞样品，如培养细胞、动物细胞组织或植物细胞等。
–样品选择要考虑细胞生长状态、形态和结构的要求。
2.采集样品–从培养皿中取出细胞，或从动物或植物组织中切取适当大小的样品。
–注意避免样品受到污染或损坏。
3.固定样品–使用适当的固定剂，如戊二醛、冰醋酸或凝胶固定剂，对样品进行固定处理。
–固定剂的选择要根据样品类型和所需观察结构的特点。
4.去除固定剂–使用缓冲液或盐水洗涤样品，去除多余的固定剂。
–洗涤时间和次数需根据固定剂的种类和浓度进行调整。
5.后续处理–为了进一步增强对样品的对比度和分辨率，可以对样品进行染色处理。
–常用的染色剂包括重质金属盐、乙酸铀和铅染色剂等。
6.样品包埋–涂覆样品表面的浸渍剂，如环氧树脂或丙烯酸树脂。
–用于支撑样品的网格可以放置在浸渍剂中。
7.制备超薄切片–使用超薄切片机将包埋的样品切割成透明的超薄切片。
–切片的厚度通常控制在70-100纳米之间。
8.将切片转移到网格上–使用特殊工具将切片转移到电子显微镜用的网格上。
–要小心操作，避免切片受到损坏或污染。
9.干燥和稳定–将转移到网格上的切片进行脱水和干燥处理，以提高稳定性。
–常见的方法包括用醇溶液进行脱水，然后使用气体吹干。
10.开始透射电镜观察–将处理完的样品装入透射电镜，调整参数和放大倍数。
–进行细胞结构和超微结构的观察和拍摄。
结论透射电镜细胞样品制备是进行TEM观察的关键步骤。
通过选择合适的细胞样品、适当的固定、去固定剂和染色处理，以及正确的样品包埋和超薄切片制备，可以确保样品的质量和结构完整性。
准确无误的制备流程能够为细胞学研究提供可靠的数据支持。
注意事项1.样品的选择要根据研究目的和所需观察结构的特点进行。
透射电镜样品制备方法透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种高分辨率的显微镜，能够观察到纳米级别的细微结构。
在进行透射电镜观察之前，制备样品是非常关键的一步。
本文将介绍透射电镜样品制备的方法，希望能够对相关研究者提供一些参考和帮助。
首先，样品的制备需要从样品的选择开始。
在透射电镜观察中，样品通常是非晶态材料、纳米颗粒、生物样品等。
根据需要观察的对象，选择合适的样品非常重要。
在选择样品时，需要考虑到样品的尺寸、形状、结构等因素，确保样品能够满足观察要求。
其次，样品的制备需要进行样品的处理和制备。
对于非晶态材料和纳米颗粒样品，通常需要将样品制备成薄膜或薄片的形式，以便透射电镜能够观察到样品的内部结构。
而对于生物样品，则需要进行化学固定、脱水、包埋等处理，以保持样品的形态和结构。
在样品的处理和制备过程中，需要严格控制各个步骤的条件和参数，确保样品的质量和结构不受影响。
接着，样品的制备需要进行样品的切割和抛光。
对于非晶态材料和纳米颗粒样品，通常需要使用离心切片机或离心抛光机进行样品的切割和抛光，以获得薄膜或薄片样品。
而对于生物样品，则需要使用超薄切片机进行样品的切割，以获得透明的样品切片。
在样品的切割和抛光过程中，需要严格控制切割和抛光的条件和参数，确保样品的表面平整和光滑。
最后，样品的制备需要进行样品的染色和标记。
对于生物样品，通常需要使用染色剂对样品进行染色，以增强样品的对比度和清晰度。
同时，还可以使用金标记等方法对样品进行标记，以便观察特定结构或分子。
在样品的染色和标记过程中，需要严格控制染色和标记的条件和参数，确保样品的染色和标记效果良好。
综上所述，透射电镜样品制备是透射电镜观察的关键步骤之一。
通过选择合适的样品、进行样品的处理和制备、进行样品的切割和抛光、进行样品的染色和标记等步骤，可以获得高质量的透射电镜样品，为后续的观察和分析提供可靠的基础。
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兰州理工大学学生实验指导书学院材料科学与工程学院实验室实验中心课程名称材料测试方法实验类型综合性实验名称透射电镜样品制备与观察指导教师陈经民透射电镜样品制备与观察实验指导书1、实验原理及其目的1.1、透射电镜的组成与原理透射电镜是研究材料的重要仪器之一。
透射电镜通过加速高压发射电子，并使电子束透射试样后，与试样内部原子发生相互作用，从而改变其能量及运动方向。
由于不同结构具有不同的相互作用，因而，就可以根据透射电子图象所获得的信息，来了解试样内部的晶体结构。
由于试样结构和相互作用的复杂性，因此透射电镜所获得的图象也很复杂。
它不象表面形貌那样直观、易懂。
因此，如何对一张电子图象获得的信息作出正确的解释和判断，不但很重要，也很困难，必须根据相应的理论才能对透射电子象作出正确的解释。
透射电镜的组成与原理1.2、透射电镜样品的制备原理及方法1.2.1粉体材料样品的制备原理及方法将材料的粉末经研磨、过滤等方法，将粉末颗粒的粒径控制在50nm以下，然后取少量粉末放入装有无水乙醇（根据材料不同，也可选用甲苯、丙酮等）溶液的小试管中，再放入超声波振荡器中震荡10分钟左右，使粉末颗粒充分悬浮在溶液中。
最后将溶液滴到铜网或微栅上（观测倍数在20万倍以下时，用铜网；观测倍数在20万倍以上时，用微栅），即可放入透射电镜中观测。
1.2.2块体材料样品的制备原理及方法首先用金刚石圆锯或线切割机将块体材料切割成厚度为0.5mm以下、面积为2平方cm以上的薄片，再用砂纸将其厚度打磨到0.1mm以下。
然后用样品冲片器将薄片冲成直径为3mm的小圆片，再用凹坑仪在小圆片的中心位置凹一个小坑，以备用。
1.2.2.1导电材料样品的制备原理及方法导电材料可通过双喷电解的方法，对样品进行电解腐蚀，最终减薄样品。
电解抛光减薄是制备金属薄膜最常用的方法之一。
双喷射电解减薄器是其中主要的一种装置。
其特点是：（1）. 采用同轴光导控制，在金属薄片抛光减薄穿孔时能接收到光信号，穿孔后立即报警。
兰州理工大学学生实验指导书学院材料科学与工程学院实验室实验中心课程名称材料分析、测试方法实验类型综合性实验名称透射电镜样品制备与观察指导教师陈经民透射电镜样品制备与观察实验指导书1、实验原理及其目的1.1、透射电镜的组成与原理透射电镜是研究材料的重要仪器之一.透射电镜通过加速高压发射电子,并使电子束透射试样后,与试样内部原子发生相互作用,从而改变其能量及运动方向.由于不同结构具有不同的相互作用,因而,就可以根据透射电子图象所获得的信息,来了解试样内部的晶体结构.由于试样结构和相互作用的复杂性,因此透射电镜所获得的图象也很复杂.它不象表面形貌那样直观、易懂.因此,如何对一张电子图象获得的信息作出正确的解释和判断,不但很重要,也很困难,必须根据相应的理论才能对透射电子象作出正确的解释.透射电镜的组成与原理1.2、透射电镜样品的制备原理及方法将材料的粉末经研磨、过滤等方法,将粉末颗粒的粒径控制在50nm以下,然后取少量粉末放入装有无水乙醇根据材料不同,也可选用甲苯、丙酮等溶液的小试管中,再放入超声波振荡器中震荡10分钟左右,使粉末颗粒充分悬浮在溶液中.最后将溶液滴到铜网或微栅上观测倍数在20万倍以下时,用铜网；观测倍数在20万倍以上时,用微栅,即可放入透射电镜中观测.首先用金刚石圆锯或线切割机将块体材料切割成厚度为0.5mm以下、面积为2平方cm 以上的薄片,再用砂纸将其厚度打磨到0.1mm以下.然后用样品冲片器将薄片冲成直径为3mm的小圆片,再用凹坑仪在小圆片的中心位置凹一个小坑,以备用.导电材料可通过双喷电解的方法,对样品进行电解腐蚀,最终减薄样品.电解抛光减薄是制备金属薄膜最常用的方法之一.双喷射电解减薄器是其中主要的一种装置.其特点是：1.采用同轴光导控制,在金属薄片抛光减薄穿孔时能接收到光信号,穿孔后立即报警.2.电解液喷射循环泵的驱动马达与电解槽分隔开,马达不能被电解液污染.3.自压式液氮冷却系统,快速冷却电解液.非导电材料可通过离子减薄的方法,对样品进行离子轰击,最终减薄样品.通过本次实验,学生应该基本了解透射电镜样品的制备方法与透射电镜的工作原理. 2、实验内容2.1、透射电镜样品的制备首先用金刚石圆锯或线切割机将块体材料切割成厚度为0.5mm以下、面积为2平方cm 以上的薄片,再用砂纸将其厚度打磨到0.1mm以下.然后用样品冲片器将薄片冲成直径为3mm的小圆片,再用凹坑仪在小圆片的中心位置凹一个小坑,以备用.1、首先用电火花切割机或低速金刚石锯切割厚度0.3-0.5mm的金属试样.2、通过手工研磨将金属试样研磨成厚度～0.05mm的金属薄片.3、用冲片器将金属薄片冲成3mm的小圆片.如果有精密凹坑研磨仪,最好先用凹坑仪在小园片中心研磨一个凹坑,然后再进行电解减薄.4、仔细地把需要减薄的金属薄片嵌入样品夹白金电极凹槽中,用镊子夹住双斜面块放入样品夹推下斜面压杆使小圆片与白金电极保持良好的接触.灵敏度“SENSITIVITY”旋钮沿顺时针方向旋转到底0,合上总电源“POWER”开关,调节喷射泵“PUMP”旋钮,使双喷嘴射出的相向电解液柱相接触,在两个喷嘴之间形成一个直径数毫米的小水盘.5、样品夹插到电解槽中,电解抛光电源的阳极红色夹子接到样品夹侧面的接线柱上.6、灵敏度“SENSITIVITY”旋钮调节到中心位置或逆时针方向旋转到底O,该位置穿孔报警灵敏度最高.7、合上电解抛光电源“POLISH”开关,顺时针方向旋转抛光电源“DCPOWER”旋钮,把电解抛光电压和电流调到所需要的数值.8最佳的电解液浓度,温度以及抛光电压和电流值确定后,抛光可继续进行至穿孔报警声响.一旦金属薄片抛光减薄出现穿孔,光导控制系统会断续地自动切断电解抛光电源和磁力泵电源,而且会发出报警声.此时应立即关闭总电源“POWER”,迅速取出样品夹,放到无水酒精中浸洗,然后取出双斜面压块,用镊子夹住金属小园片放到清洁的无水酒精中浸洗.1、启动水循环设备依次按POWER、COOL、PUMP按钮.2、启动离子减薄仪①、依次按总电源POWER、机械泵R-PUMP、扩散泵D-PUMP键.②、扩散泵加热40分钟后,拉出预真空阀杆到死点位置.③、当真空表指针接近100uA时,推回预真空阀杆到死点位置.④、将高真空碟阀扳手扳至<开启>位置,将气流阀扳平.⑤、当真空指示接近25uA时,按下高压按钮,打开两个氩气阀门.⑥、通过调节电压和气流旋钮,将高压控制在6kV左右,将电流控制在接近0.2uA.3、停机①、将两个高压调到0,按灭高压按钮；②、将真空碟阀扳手扳到<关闭>位置,将气流阀扳下；③、按灭扩散泵键D-PUMP,等待45分钟后,按灭机械泵R-PUMP键,关闭总电源,关闭水循环.4、更换样品①、依次操作第二项中①～②步.②、按住预真空阀杆,再按住放气键VENTING,直至彻底放气.③、取下样品台及样品.2.2透射电镜样品的观察目前我校材料学院所拥有一台日本电子生产的JEM-2010型高分辨透射电镜,最高加速电压可达到200KV,最大放大倍数：150万倍,灯丝：LaB6和W灯丝,晶格分辨率：0.14nm,点分辨率：0.23nm.主要附件：美国Gatan公司透射电镜CCD电子图像系统,型号：MultiScanCamera,Model794,分辨率1024ⅹ1024；英国牛津仪器公司INCAEnergyTEMX射线能谱仪简称：EDS.该设备可对各种有机、无机、纳米材料进行微观形态结构研究,高分辨透射象观察、选区电子衍射、及EDS元素分析.通过CCD电子图像系统,可直接采集透射电镜的电子图像并转化为数字图像,在计算机上进行存储,图像处理和U盘、光盘输出,省去了拍摄冲洗电镜底片的麻烦,大大提高了工作效率.2.2.1透射电镜开机1、检查真空：主机压力表在x10-5Pa量程档,指针应在中间偏左位置.2、打开CCD开关,启动计算机,扳上<LENS>开关,高压指示灯亮后,按亮HT按钮,等该按钮绿灯闪烁完毕后,方可开始加高压.在键盘上键入：LOADHT<回车>RUN<回车>然后,根据提示,分段输入起始电压、终止电压、步长、用时：20→100KV,步长：10,用时：5min,等待5min；100→160KV,步长：10,用时：10min,等待5min；160→180KV,步长：10,用时：15min,等待5min；180→200KV,步长：10,用时：20min,等待5min.3、插入、观察样品及CCD拍照：先检查样品的偏移和倾斜是否为0,然后拉出试样台,更换样品后,插入试样台进行预抽真空,等待绿灯亮后过5min,完全插入试样台,再过2min 后才可加灯丝电流必要时,可在冷井中充入液氮.选择合适的聚光镜光阑,打开灯丝,观察样品.通过BRIGHTNESS旋钮将CurrDems:显示调整到10以下,按下上键,抬起荧光屏、运行拍照软件,调整焦距和亮度,然后拍照.4、样品观察完毕后,将放大倍数设定在40K,束流聚焦在观察屏中心,关闭灯丝电流,复位试样台至“0”,盖上观察窗盖.1、先退下高压至20KV200→20KV,步长：－10,用时：2min,然后按灭HT按钮.2、移出物镜光阑和选区光阑.3、扳下LENS开关.。
包埋块的制备（1）取材分别取在铅胁迫浓度为0μg/g、1 000μg/g时，接种AMF的玉米须根。
用镊子夹取玉米须根，并用蒸馏水冲洗干净后，用锋利的无油污双面刀片将其切成0.5 cm大小的根段。
（2）前固定将玉米根段放入装有3%戊二醛固定液的1 ml离心管中，并用真空泵抽去组织内部的气体，0-4℃下固定6 h或过夜。
（3）漂洗用0.1 ml/L PBS（pH7.2）漂洗4-6次，开始时间间隔较短，15~20 min换一次，最后1 h换1次。
（4）后固定1%锇酸4℃固定2 h。
（5）漂洗PBS缓冲液漂洗多次。
（6）丙酮脱水从低浓度脱水剂逐步过渡到高浓度脱水剂。
30%丙酮（20 min）→50%丙酮（30 min）→70%丙酮（30 min）→80%丙酮（30 min）→90%丙酮（30 min）→95%丙酮（30 min）→100%丙酮（30 min）→100%丙酮（30 min）→100%丙酮（30 min）。
（7）浸透浸透的目的是用包埋剂逐步取代植物组织中的脱水剂，使细胞内外空隙被包埋剂所填充。
按Epon812（9.5 ml）、DDSA（4.9 ml）、MNA（5.6 ml）、DMP-30（0.3ml）的比例配好包埋剂。
包埋剂：丙酮（1:3）浸透2~3 h→包埋剂：丙酮（1:1）浸透4~5 h→包埋剂：丙酮（3:1）浸透10~12 h→纯包埋剂浸透24 h→纯包埋剂浸透48 h。
（8）包埋先加一滴包埋剂在包埋板孔前端，再用牙签把组织块送入包埋板孔最前端的中部后，将写好的标签放在后端的中间，最后用纯包埋剂加满包埋孔，不能产生气泡。
（9）聚合将含有包埋好样品的包埋板放入烘箱内，30℃下放置48 h，60℃放置48 h。
组织块从烘箱中取出后，放在干燥器中保存。
3.2.8.2修整包埋块（1）用样品夹夹紧包埋块，放于双目显微镜下。
（2）先用单面刀片将包埋块修成金字塔形，顶面修成大约1 mm2的长方形或梯形。
实验二细胞的超微结构—透射电镜下的细胞器实验目的：通过使用透射电子显微镜观察和研究细胞的超微结构，了解细胞器的形态和组织，以及其在细胞功能中的作用。
实验原理：透射电子显微镜是一种利用电子束通过样品的原理进行显微观察的仪器。
相比传统光学显微镜，透射电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数。
实验步骤：1.准备样品：使用透射电子显微镜需要制备薄片样品。
将细胞或组织固定、切片和上染色剂等。
2.调整放大倍数：根据需要观察的细胞器，调整透射电子显微镜的放大倍数。
3.开始观察：将样品放入透射电子显微镜中，调整焦距和对比度，开始观察细胞超微结构。
4.记录结果：使用电子显微镜拍摄或记录所见到的细胞器的图像和形态。
根据观察结果，对细胞器的结构和功能进行分析和讨论。
实验结果：观察细胞的超微结构可以看到许多细胞器，如细胞核、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体等。
细胞核是细胞的控制中心，一般位于细胞的中央。
在透射电镜下观察，可以看到核膜（由内核膜和外核膜组成）、核孔、核仁等结构。
核膜通过核孔与细胞质相连，核仁是RNA合成的地方。
线粒体是细胞的能量中心，通过细胞呼吸产生ATP。
在透射电镜下观察，线粒体呈棒状或梭形，内部含有许多内膜，并形成一系列被称为嵴（cristae）的褶层。
嵴上含有许多氧化酶，参与细胞呼吸。
内质网是细胞的重要细胞器之一，两个片层之间的空腔称为内质网腔。
内质网膜上覆盖着许多小颗粒，称为核糖体。
内质网分为粗面内质网和平滑内质网，前者存在核糖体，用于蛋白质合成，后者没有核糖体，参与脂质代谢和钙离子存储。
高尔基体是细胞的分泌细胞器，具有分泌蛋白质、糖蛋白质和磷脂等功能。
高尔基体由多个平面被膜囊构成，形成一系列被称为囊泡的结构。
在透射电镜下可以看到高尔基体具有一层由囊泡组成的堆叠结构。
溶酶体是细胞的消化系统，其内部含有多种水解酶。
溶酶体呈球状或椭圆形，在透射电镜下可以看到其内部含有酶泡。
溶酶体参与细胞内的废物降解和吞噬体的形成。
TEM的结构及样品制备透射电子显微镜(TEM)是一种现代综合性大型分析仪器，在现代科学技术的研究开发过程中被广泛地使用，透射电子显微镜是以波长极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。
1.透射电镜构造透射电镜一般是电子光学系统、真空系统和电源与控制系统三大部分组成。
电子光学系统通常称为镜筒，是透射电子显微镜的核心，它又可以分为照明系统、成像系统和观察记录系统。
电镜中的电子光学系统主要包括电子枪、聚光镜、试样台、物镜、物镜光阑、选区光阑、中间镜、投影镜和观察记录系统等几部分组成。
1.1照明系统照明系统由电子枪、聚光镜以及相应的平移、倾转和对中等调节装置组成，其作用是提供一束亮度高、照明孔径半角小、平行度好、束流稳定的照明源。
为了满足明场和暗场成像的需要，照明束可以在5度范围内倾转。
1.1.1 电子枪电子枪可分为热阴极电子枪和场发射电子枪。
热阴极电子枪的材料主要有钨丝(W)和六硼化镧(LaB6)而场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和Schottky场发射，Schottky场发射也归到热场发射。
场发射电子枪的材料必须是高强度材料，一般采用的是单晶钨，但现在有采用六硼化镧(LaB6)的趋势。
下一代场发射电子枪的材料极有可能是碳纳米管。
1.1.2 聚光镜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、孔径半角和束斑大小。
一般电镜至少采用双聚光镜，对于较新的电镜，很多采用二聚光镜加一个mini聚光镜的模式；甚至有采用三聚光镜加一个mini聚光镜的情况。
当采用双聚光镜时，第一聚光镜一般是短焦距强励磁透镜，作用是将电子枪得到的光斑尽量缩小，第二聚光镜是长焦距弱透镜，它将第一聚光镜得到的光源会聚到试样上，一般来说，该透镜对光源起放大作用。
1.2 成像系统成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜及物镜光阑和选区光阑组成。
它主要是将穿过试样的电子束在透镜后成像或成衍射花样，并经过物镜、中间镜和投影镜接力放大。
实验二--透射电镜结构原理、样品制备及观察实验二参观透射电子显微镜时间：2015年12月1日第一组：14:30-15:30 2013级金属材料工程专业一班第二组：15:30-16:30 2013级金属材料工程专业二班地点：材料科学与工程学院一楼TEM室讲解：龚伦军老师实验二透射电镜结构原理、样品制备及观察一、实验内容及实验目的1．结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以加深对透射电镜结构的整体印象，加深对透射电镜工作原理的了解。
2．掌握材料薄膜样品的制备方法—双喷电解减薄法和离子薄化法。
3．选用合适的样品，通过明暗场像操作的实际演示，了解明暗场成像原理。
4. 通过选区电子衍射的实际操作演示，加深对选区电子衍射原理的了解。
二、透射电镜的基本结构及工作原理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。
(2) 栅极与阳极间空气分子电离，导致极间放电。
(3) 阴极炽热的灯丝迅速氧化烧损，缩短使用寿命甚至无法正常工作。
(4) 试样易于氧化污染，产生假象。
3．供电控制系统供电系统主要提供两部分电源，一是用于电子枪加速电子的小电流高压电源；二是用于各透镜激磁的大电流低压电源。
目前先进的透射电镜多已采用自动控制系统，其中包括真空系统操作的自动控制，从低真空到高真空的自动转换、真空与高压启闭的连锁控制，以及用微机控制参数选择和镜筒合轴对中等。
三、材料薄膜样品的制备方法制备薄膜样品最常用的方法是双喷电解减薄法和离子薄化法。
1．双喷电解减薄法(一) 装置图1为双喷电解抛光装置示意图。
此装置主要由三部分组成：电解冷却与循环部分，电解抛光减薄部分以及观察样品部分。
图1 双喷电解抛光装置原理示意图1．冷却设备；2．泵、电解液；3．喷嘴；4．试样；5．样品架；6．光导纤维管(1) 电解冷却与循环部分通过耐酸泵把低温电解液经喷嘴打在样品表面。
低温循环电解减薄，不使样品因过热而氧化；同时又可得到表面平滑而光亮的薄膜，见图1中1及2。
(2) 电解抛光减薄部分电解液由泵打出后，通过相对的两个铂阴极玻璃嘴喷到样品表面。
喷嘴口径为1mm，样品放在聚四氟乙烯制作的夹具上(见图2)。
样品通过直径为0.5mm的铂丝与不锈钢阳极之间保持电接触，调节喷嘴位置使两个喷嘴位于同一直线上。
见图1中3。
(3) 观察样品部分电解抛光时一根光导纤维管把外部光源传送到样品的一个侧面。
当样品刚一穿孔时，透过样品的光通过在样品另一侧的光导纤维管传到外面的光电管，切断电解抛光射流，并发出报警声响。
图2 样品夹具(二) 样品制备过程(1) 切薄片。
用电火花（Mo丝）线切割机床或锯片机从试样上切割下厚约0.2~0.3mm的薄片。
在冷却条件下热影响区很薄，一般不会影响样品原来的显微组织形态。
(2) 在小冲床上将薄片冲成直径为3mm的小试样。
(3) 预减薄。
预减薄分为机械磨薄和化学减薄两类。
机械磨薄时，用砂纸手工磨薄至50μm，注意均匀磨薄，试样不能扭折以免产生过大的塑性变形，引起位错及其它缺陷密度的变化。
具体操作方法：用502胶将切片粘到玻璃块或其它金属块的平整平面上，用系列砂纸（从300号粗砂纸至金相4号砂纸）磨至一定程度后将样品反转后继续研磨。
注意样品反转时，通过丙酮溶解或火柴少许加热使膜与磨块脱落。
反转后样品重新粘到磨块上，重复上述过程，直至样品切片膜厚达到50μm。
化学减薄是直接适用于切片的减薄，减薄快速且均匀。
但事先应磨去Mo丝切割留下的纹理，同时，磨片面积应尽量大于1cm2。
普通钢用HF，H2O2及H2O，比例为1:4.5:4.5的溶液，约6分钟即可减薄至50μm，且效果良好。
最后，将预减薄的厚度均匀、表面光滑的样品膜片在小冲床上冲成直径为3mm的小圆片以备用。
(3) 电解抛光减薄。
电解抛光减薄是最终减薄，用双喷电解减薄仪进行，目前电解减薄装置已经规范化。
将预减薄的直径为3mm的样品放入样品夹具上(见图2)。
要保证样品与铂丝接触良好，将样品夹具放在喷嘴之间，调整样品夹具、光导纤维管和喷嘴在同一水平面上，喷嘴与样品夹具距离大约15mm左右且喷嘴垂直于试样。
电解液循环泵马达转速应调节到能使电解液喷射到样品上。
按样品材料的不同配不同的电解液。
需要在低温条件下电解抛光时，可先放入干冰和酒精冷却，温度控制在-20~-40℃左右，或采用半导体冷阱等专门装置。
由于样品材料与电解液的不同，最佳抛光规范要发生改变。
最有利的电解抛光条件，可通过在电解液温度及流速恒定时，做电流—电压曲线确定。
双喷抛光法的电流—电压曲线一般接近于直线，如图3。
对于同一种电解液，不同抛光材料的直线斜率差别不大，很明显，图中B处条件符合要求，可获得大而平坦的电子束所能透射的面积。
表1为某些金属材料双喷电触抛光规范。
(4) 最后制成的样品如图4所示。
样品制成后应立即在酒精中进行两次漂洗，以免残留电解液腐蚀金属薄膜表面。
从抛光结束到漂洗完毕动作要迅速，争取在几秒钟内完成，否则将前功尽弃。
(5) 样品制成后应立即观察，暂时不观察的样品要妥善保存，可根据薄膜抗氧化能力选择保存方法。
若薄膜抗氧化能力很强，只要保存在干燥器内即可。
易氧化的样品要放在甘油、丙酮、无水酒精等溶液中保存。
双喷法制得的薄膜有较厚的边缘，中心穿孔有一定的透明区域，不需要放在电镜铜网上，可直接放在样品台上观察。
总之，在制作过程中要仔细、认真、不断地总结经验，一定会得到满意的样品。
图3 喷射法电流-电压曲线图4 最后制成的薄膜表1 某些金属材料双喷电解抛光规范材料电解液技术条件电压/V电流/ mA铝10％高氯酸酒精45—50 30-40钛合金10％高氯酸酒精40 30-40不锈钢10％高氯醒酒精70 50-60矽钢片10％高氯醒酒精70 50钛钢10％高氯醒酒精80-100 80-100马氏体时效钢10％高氯醒酒精80-100 80-1006％Ni合金钢10％高氯醒酒精80-100 80-1002．离子薄化法离子薄化方法不仅适用于用双喷方法所能减薄的各种样品，而且还能减薄双喷法所不能减薄的样品，例如陶瓷材料、高分子材料、矿物、多层结构材料、复合材料等。
如用双喷法穿孔后，孔边缘过厚或穿孔后样品表面氧化，皆可用离子减薄法继续减薄直至样品厚薄合适或去掉氧化膜为止。
用于高分辨电镜观察的样品，通常双喷穿孔后再进行离子减薄，只要严格按操作规范减薄就可以得到薄而均匀的观察区，该法的缺点是减薄速度慢，通常制备一个样品需要十几个小时甚至更长，而且样品有一定的温升，如操作不当样品，会受到辐射损伤。
（一）离子减薄装置离子减薄装置由工作室、电系统、真空系统三部分组成。
工作室是离子减薄装置的一个重要组成部分，它是由离子枪、样品台、显微镜、微型电机等组成的。
在工作室内沿水平方向有一对离子枪，样品台上的样品中心位于两枪发射出来的离子束中心，离子枪与样品的距离为25~30mm左右。
两个离子枪均可以倾斜，根据减薄的需要可调节枪与样品的角度，通常调节成7°~ 20°角。
样品台能在自身平面内旋转，以使样品表面均匀减薄。
为了在减薄期间随时观察样品被减薄情况，在样品下面装有光源，在工作室顶部安装有显微镜，当样品被减薄透光时，打开光源在显微镜下可以观察到样品透光情况。
电系统主要包括供电、控制及保护三部分。
真空系统保证工作室高真空。
（二）离子减薄的工作原理稀薄气体氩气在高压电场作用下辉光放电产生氩离子，氩离子穿过盘壮阴极中心孔时受到加速与聚焦，高速运动的离子射向装有试样的阴极把原子打出样品表面减薄样品。
（三）离子减薄程序（1）切片从大块试样上切下薄片。
对金属、合金、陶瓷切片厚度应不小于0.3mm，对岩石和矿物等脆、硬样品要用金刚石刀片或金刚石锯切下在毫米数量级的薄片。
（2）研磨用汽油等介质去除试样油污后，用粘结剂将清洗的样品粘在玻璃片上研磨直至样品厚度小于30~50µm为止。
操作过程同双喷电解减薄中样品的预减薄过程。
（3）将研磨后的样品切成直径Φ3mm的小园片。
（4）装入离子薄化装置进行离子减薄。
为提高减薄效率，一般情况减薄初期采用高电压、大束流、大角度（20°），以获得大陡坡的薄化，这个阶段约占整个制样时间的一半。
然后减少高压束流与角度（一般采用15°）使大陡坡的薄化逐渐削为小陡坡直至穿孔。
最后以7°-10°的角度、适宜的电压与电流继续减薄，以获得平整而宽阔的薄区。
四、明暗场成像原理及操作1．明暗场成像原理晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别)，是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的，因此称其为衍射衬度，以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。
