透射电子显微镜的应用-cailiaoPPT课件
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透射电镜的使用PPT课件
1
1
27 A
1
g
约100倍
②不十分满足Bragg条件，因为晶体很薄，小 于100埃，而Bragg公式是由无限厚晶体导出的。
第18页/共34页
＃爱瓦尔德作图法：
反射球近乎是平面
所以，当晶体很薄时， 为满足爱氏作图法原理，
显然，倒易点 (hkl)*应该
是具有一条倒易杆，
爱氏球(平)面才能与倒
易杆相交发生衍射。
衬度光栏
使之等于Md。
显微形貌观察
AA´
c: 调节I中,使f中,
至 f中前焦=f物后焦
选区光栏 Md
缩小衬度光栏至0级衍射
B A
A B 观察ED花样
第7页/共34页
三. 成像衬度 TEM衬度像：
①散射衬度：透过试样不同部位时，
散射与透射强度组成比例不同引起的
反差 。
透过试样eB
束散透射射部部分分
入射电子束
②等倾干涉条纹：
试样弯曲(受热或其他，薄片翘曲） 强
度
弯曲各部晶面与入射电子束θ不同，
符合Bragg条件不同，
衍射情况不同所出现的干涉条纹。
AlN陶瓷的TEM显微像
等倾干涉条纹
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四. 电子衍射
爱瓦尔德作图法 当晶体无限厚
N ghkl
O kg (hkl) k0 2
O ghkl
M Mob Mm MP 调节透镜的激磁电流
0
Mob通 常 等 于100，Mobmax 300, Smax 1 A
物镜光栏：ob极靴进口表面， 缩小孔径角用。
衬度光栏：ob后焦面上,可变。 选区光栏：ob像平面上，可变 。 4. 图象记录装置：荧光屏 照像装置
《透射电子显微镜》课件
光阑
限制照明区域，减小成像的视场，提高成像的分辨率 。
光路调节器
调节光路中的光束方向和大小，确保光束正确投射到 样品上。
成像系统
Hale Waihona Puke 物镜将样品上的图像第一次放 大并投影到中间镜上。
中间镜
将物镜放大的图像进一步 放大并投影到投影镜上。
投影镜
将中间镜放大的图像最终 放大并投影到荧光屏或成
像设备上。
真空系统
谢谢您的聆听
THANKS
透射电子显微镜技术不断改进，分辨率和放大倍数得到显著提 高。
透射电子显微镜技术不断创新，出现了许多新型的透射电子显 微镜，如高分辨透射电子显微镜、冷冻透射电子显微镜等。
透射电子显微镜的应用领域
生物学
观察细胞、蛋白质、核酸等生物大分子的 结构和功能。
医学
研究病毒、细菌、癌症等疾病的发生、发 展和治疗。
真空泵
01
通过抽气作用维持透射电子显微镜内部的高真空状态。
真空阀门
02
控制真空泵的工作时间和进气流量，以保持透射电子显微镜内
部真空度的稳定。
真空检测器
03
监测透射电子显微镜内部的真空度，当真空度不足时提醒操作
人员进行处理。
03
透射电子显微镜的操作与维护
透射电子显微镜的操作步骤
打开电源
确保实验室电源稳定，打开透射电子显微镜 的电源开关。
记录
对透射电子显微镜的使用和维护情况进行 记录，方便日后追踪和管理。
04
透射电子显微镜的样品制备技术
金属样品的制备技术
电解抛光
通过电解抛光液对金属样品进行抛光 ，去除表面杂质和氧化层，使样品表 面光滑、平整。
离子减薄
限制照明区域，减小成像的视场，提高成像的分辨率 。
光路调节器
调节光路中的光束方向和大小，确保光束正确投射到 样品上。
成像系统
Hale Waihona Puke 物镜将样品上的图像第一次放 大并投影到中间镜上。
中间镜
将物镜放大的图像进一步 放大并投影到投影镜上。
投影镜
将中间镜放大的图像最终 放大并投影到荧光屏或成
像设备上。
真空系统
谢谢您的聆听
THANKS
透射电子显微镜技术不断改进，分辨率和放大倍数得到显著提 高。
透射电子显微镜技术不断创新，出现了许多新型的透射电子显 微镜，如高分辨透射电子显微镜、冷冻透射电子显微镜等。
透射电子显微镜的应用领域
生物学
观察细胞、蛋白质、核酸等生物大分子的 结构和功能。
医学
研究病毒、细菌、癌症等疾病的发生、发 展和治疗。
真空泵
01
通过抽气作用维持透射电子显微镜内部的高真空状态。
真空阀门
02
控制真空泵的工作时间和进气流量，以保持透射电子显微镜内
部真空度的稳定。
真空检测器
03
监测透射电子显微镜内部的真空度，当真空度不足时提醒操作
人员进行处理。
03
透射电子显微镜的操作与维护
透射电子显微镜的操作步骤
打开电源
确保实验室电源稳定，打开透射电子显微镜 的电源开关。
记录
对透射电子显微镜的使用和维护情况进行 记录，方便日后追踪和管理。
04
透射电子显微镜的样品制备技术
金属样品的制备技术
电解抛光
通过电解抛光液对金属样品进行抛光 ，去除表面杂质和氧化层，使样品表 面光滑、平整。
离子减薄
14 透射电子显微镜——【材料分析方法 精品课件】
2)聚光镜（Condenser Lens)
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。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
14
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节 装置所组成。
3)垂直照明和倾斜照明—电磁偏转器
9，光镜的操作及样品制备简单。 透射电镜操作复杂，同时因为是要辐射源穿透样品成像，要
求样品很薄，至少要小于1000Å ，所以样品制备困难。
10，透射电镜的造价要大于光镜100倍以上。
光镜和电镜比较的不同点
光源 透镜 介质 焦距 放大倍数改变 景深 像 辐照损伤 操作及样品制
备 造价
透射电镜
光镜
电子束，位于仪器顶部 磁透镜 真空
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。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
10
三种电子枪的性能比较
特性
钨丝热阴极
LaB6
工作温度
亮度（在 200kV） 光源尺寸
能量发散度
2800K 5105A/cm2sr
ห้องสมุดไป่ตู้50m 2.3eV
1800K 5106A/cm2sr
BF
DF
15
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由物镜、中间镜和投影镜组成。
1.物镜
强激磁、短焦距 低象差、高分辨率 100～300倍
物镜
中间镜
2.中间镜
弱激磁、长焦距 变倍透镜 0～20倍
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。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
14
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节 装置所组成。
3)垂直照明和倾斜照明—电磁偏转器
9，光镜的操作及样品制备简单。 透射电镜操作复杂，同时因为是要辐射源穿透样品成像，要
求样品很薄，至少要小于1000Å ，所以样品制备困难。
10，透射电镜的造价要大于光镜100倍以上。
光镜和电镜比较的不同点
光源 透镜 介质 焦距 放大倍数改变 景深 像 辐照损伤 操作及样品制
备 造价
透射电镜
光镜
电子束，位于仪器顶部 磁透镜 真空
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。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
10
三种电子枪的性能比较
特性
钨丝热阴极
LaB6
工作温度
亮度（在 200kV） 光源尺寸
能量发散度
2800K 5105A/cm2sr
ห้องสมุดไป่ตู้50m 2.3eV
1800K 5106A/cm2sr
BF
DF
15
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由物镜、中间镜和投影镜组成。
1.物镜
强激磁、短焦距 低象差、高分辨率 100～300倍
物镜
中间镜
2.中间镜
弱激磁、长焦距 变倍透镜 0～20倍
透射电子显微镜TEM(PPT121页)
透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscope, TEM)
TEM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。可同时实现微观形貌观察、晶体结构分析和成 分分析（配以能谱或波谱或能量损失 谱）。
为什么采用电子束而不用自然光？
β=±25度
EM420透射电子显微镜
（日本电子） 加速电压20KV、40KV、60KV、 80KV、100KV、120KV 晶格分辨率 2.04Å 点分辨率 3.4Å 最小电子束直径约2nm 倾转角度α=±60度
β=±30度
FEI Titan 80-300 kV S/TEM 世界上功能最强大的商用透射电子显 微镜 (TEM)。已迅速成为全球顶级研 究人员的首选 S/TEM，从而实现了 TEM 及 S/TEM 模式下的亚埃级分辨 率研究及探索。
➢ 电子显微镜发展史
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年，透射电
镜实现了工厂化生产。 20世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和Howie等人
主要技术参数： 1.TEM分辨率 <1 2.STEM分辨率 <1 3.能量分辨率 <0.15eV 或 <0.25eV 4.加速电压 80-300kV
内容
8.1 简介 8.2 结构原理 8.3 样品制备 8.4 透射电子显微镜的电子衍射 8.5 透射电子显微镜图像分析
8.2 透射电子显微镜结构原理
电磁透镜的分辨本领比光学玻璃透镜提高一千 倍左右，可以达到2Å 的水平，使观察物质纳米 级微观结构成为可能。
第九章透射电子显微镜 PPT
大透镜,形成第一幅高分辨率电 子显微图像与电子衍射花样。 物镜特点:强激磁、短焦距(13mm),高放大倍数,高分辨率。
物镜决定透射电子显微镜分辨 本领
物镜就是一个强激磁短焦距得透镜,它得放 大倍数较高,一般为100-300倍。目前,高质 量得物镜其分辨率可达0、1nm左右。
(一)物镜
提高物镜分辨率得措施:
各国代表人物
美国伯克莱加州大学G、Thomas将TEM第 一个用到材料研究上。
日本岗山大学H、 Hashimoto日本电镜研 究得代表人。
中国:钱临照、郭可信、李方华、叶恒强、 朱静。
国内电镜做得好得有:北京电镜室(物理所)、 沈阳金属所、清华大学。
为什么要用TEM?
1)可以实现微区物相分析。
如果中间镜得像平面出现一定得位移,这个位 移距离仍处于投影镜得景深范围之内,因此,在 荧光屏上得图像仍旧就是清晰得。
§ 9-1 透射电子显微镜得结构与成像机理
(四)成像与衍射操作:背焦面
背焦面:样品得电子衍射斑点。
§ 9-1 透射电子显微镜得结构与成像机理
(四)成像与衍射操作:像平面
像平面
像平面
分析透射电子显微镜 JEM200CX
分析透射电子显微镜JEM2010
分析型透射电子显微镜
超高压电 镜
TEM发展简史
1924年de Broglie提出波粒二象性假说 1926 Busch指出“具有轴对称性得磁场对电子束
起着透镜得作用,有可能使电子束聚焦成像”。 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行
物镜光阑得另一个主要作用就是在后焦面上 套取衍射束得斑点(即副焦点)成像,这就就是 所谓暗场像。利用明暗场显微照片得对照分 析,可以方便地进行物相鉴定与缺陷分析。
物镜决定透射电子显微镜分辨 本领
物镜就是一个强激磁短焦距得透镜,它得放 大倍数较高,一般为100-300倍。目前,高质 量得物镜其分辨率可达0、1nm左右。
(一)物镜
提高物镜分辨率得措施:
各国代表人物
美国伯克莱加州大学G、Thomas将TEM第 一个用到材料研究上。
日本岗山大学H、 Hashimoto日本电镜研 究得代表人。
中国:钱临照、郭可信、李方华、叶恒强、 朱静。
国内电镜做得好得有:北京电镜室(物理所)、 沈阳金属所、清华大学。
为什么要用TEM?
1)可以实现微区物相分析。
如果中间镜得像平面出现一定得位移,这个位 移距离仍处于投影镜得景深范围之内,因此,在 荧光屏上得图像仍旧就是清晰得。
§ 9-1 透射电子显微镜得结构与成像机理
(四)成像与衍射操作:背焦面
背焦面:样品得电子衍射斑点。
§ 9-1 透射电子显微镜得结构与成像机理
(四)成像与衍射操作:像平面
像平面
像平面
分析透射电子显微镜 JEM200CX
分析透射电子显微镜JEM2010
分析型透射电子显微镜
超高压电 镜
TEM发展简史
1924年de Broglie提出波粒二象性假说 1926 Busch指出“具有轴对称性得磁场对电子束
起着透镜得作用,有可能使电子束聚焦成像”。 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行
物镜光阑得另一个主要作用就是在后焦面上 套取衍射束得斑点(即副焦点)成像,这就就是 所谓暗场像。利用明暗场显微照片得对照分 析,可以方便地进行物相鉴定与缺陷分析。
透射电子显微分析在材料科学分析技术中的应用PPT课件
12
第12页/共77页
1.2 TEM发展简史
• 1924年de Broglie提出波粒二象性假说 • 1926 Busch指出“具有轴对称性的磁场对电子束
起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”。
• 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行了电子衍射实验。
电子衍射实验1
•
1927年 C.J. Davisson & G.P. Germer 戴维森与 革 末用电子束垂直投射到镍 单晶，做电子轰击锌板的 实验，随着镍的取向变化， 电子束的强度也在变化， 这种现象很像一束波绕过 障碍物时发生的衍射那样。 其强度分布可用德布罗意 关系和衍射理论给以解释。
镍单晶
45
第45页/共77页
物镜的球面像差一般通过在物 镜背焦面径向插入物镜光阑，物 镜的像散通常通过采用机械消像 散器、磁消像散器或静电消像散 器来减小。
46
第46页/共77页
47
第47页/共77页
(2)中间镜和投影镜 中间镜和投影镜的构造和物镜是
36
第36页/共77页
1. 照明系统 照明系统的作用： ① 提供光源，控制其稳定度、照明
强度和照明孔径角； ② 选择照明方式(明场或暗场成像)。
37
第37页/共77页
(1) 电子枪 电子枪是透射电镜的电子源。因为
电子枪决定了像的亮度、图像稳定度 和穿透样品能力，所以相应地要求其 亮度、发射稳定度和加速电压都要高。 最常用的加速电压为50~100kV，近来 超高电压电镜的加速电压已达数千kV。
6
第6页/共77页
1.2 TEM发展简史
TEM是量子力学研究的产品 黑体辐射：可以把金属看成近似的黑体，给它加热， 先呈暗红，而黄而白，发出耀眼的光线，能量随温度 的升高而增加。问题的焦点是求出能量、温度与波长 之间的关系式。 瑞利和金斯－紫外灾变 ，维恩－红外灾变 普朗克：辐射的能量不是连续的，像机关枪里不断射 出的子弹。这一份一份就取名为“量子”。能量子相 加趋近于总能量。 能量子又与它的频率有关：
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1.2 TEM发展简史
• 1924年de Broglie提出波粒二象性假说 • 1926 Busch指出“具有轴对称性的磁场对电子束
起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”。
• 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行了电子衍射实验。
电子衍射实验1
•
1927年 C.J. Davisson & G.P. Germer 戴维森与 革 末用电子束垂直投射到镍 单晶，做电子轰击锌板的 实验，随着镍的取向变化， 电子束的强度也在变化， 这种现象很像一束波绕过 障碍物时发生的衍射那样。 其强度分布可用德布罗意 关系和衍射理论给以解释。
镍单晶
45
第45页/共77页
物镜的球面像差一般通过在物 镜背焦面径向插入物镜光阑，物 镜的像散通常通过采用机械消像 散器、磁消像散器或静电消像散 器来减小。
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第47页/共77页
(2)中间镜和投影镜 中间镜和投影镜的构造和物镜是
36
第36页/共77页
1. 照明系统 照明系统的作用： ① 提供光源，控制其稳定度、照明
强度和照明孔径角； ② 选择照明方式(明场或暗场成像)。
37
第37页/共77页
(1) 电子枪 电子枪是透射电镜的电子源。因为
电子枪决定了像的亮度、图像稳定度 和穿透样品能力，所以相应地要求其 亮度、发射稳定度和加速电压都要高。 最常用的加速电压为50~100kV，近来 超高电压电镜的加速电压已达数千kV。
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1.2 TEM发展简史
TEM是量子力学研究的产品 黑体辐射：可以把金属看成近似的黑体，给它加热， 先呈暗红，而黄而白，发出耀眼的光线，能量随温度 的升高而增加。问题的焦点是求出能量、温度与波长 之间的关系式。 瑞利和金斯－紫外灾变 ，维恩－红外灾变 普朗克：辐射的能量不是连续的，像机关枪里不断射 出的子弹。这一份一份就取名为“量子”。能量子相 加趋近于总能量。 能量子又与它的频率有关：
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研制成功第一台扫描电子显微镜
德国Siemens公司
生产了第一台商品用的透射电子显微镜
英国剑桥科学仪器有限公司
扫描电子显微镜作为商品问世
中国科学院长春光学精密机械与物理研 研制成功第一台透射电子显微镜 究所
中国科学院北京科学仪器厂
研制成功第一台扫描电子显微镜
瑞士科学家Binnig、Rohrer、Gerber 发明扫描隧道显微镜 和Weible
发明了放大20-30倍的复式光学显微镜
自制复式显微镜。观察软木薄片，第一 次描述植物细胞结构
利用小型高倍透镜制成简单显微镜，放大倍数 达300倍，观察动植物活细胞与原生动物，第 一次看到许多单细胞生物。
研制成功第一台透射电子显微镜
1938 1939 1965 1959
1975 1981 1990
Ardenne
1956 1956 1958
Luft Glauert Watson
高锰酸钾作为固定剂 环氧树脂作为包埋介质 介绍用重金属铅和铀对组织切片进行染色
1959 1961 1957 1963
Moran Luff Steere Sabatini及同事
采用冷冻置换技术制备生物样品 介绍Epon包埋介质 开始研究冷冻断裂技术 用戊二醛作预固定液保存细胞超微结构及活性，进行细胞化学方面研究
若有两个点光源,其一光斑的中央极大值点恰与另一光斑的第一极 小值点重合，则这两个点光源正好是可以分辨的，故可以定义分辨率d 为Airy圆盘的半径。
-
13
d＝0.61λ/n·sinα＝0.61λ/N·A
λ为照明光的波长；n为透镜和样品之间介质的折射率，α为入射孔径角，即光线从 样品进入透镜的半张角。nsinα称为数值孔径，用NA表示。光学显微镜的NA值最 大不超过1.5，因此d≈0.5λ。即分辨率约为光波波长的一半。
可见光波长为400～700nm，人眼对绿光（500nm左右）比较敏 感，故光学显微镜的分辨率约为250nm即2500 Å左右。
2. 显微镜的有效放大倍数:人眼的分辨率与显微镜的分辨率之比值，即 M有＝d人／d仪。
3. 空放大:超过仪器有效放大倍数以外的放大
-
14
➢ 电子束 真空中相对集中而高速运动着的电子流。
-
6
扫描隧道显微技术(STM) 原子力显微技术(AFM) 激光扫描共焦显微技术
-
7
扫描隧道显微技术(STM) 原子力显微技术(AFM) 激光扫描共焦显微技术
-
利用量子力学中隧道效 应产生隧道电流信号， 获得反映样品表面原子 形态结构和原子排列图 象。 具有原子尺度的高分辨 率。 可以观察单原子层的实 时结构图象，并能在大 气、真空甚至液体环境 中观察自然状态下的样 品表面结构，因而在半 导体、金属、无机材料 及生物学研究等方面0
电子显微镜之父 E.Ruska
世界上第一台电子显微镜
-
11
第一章 电子显微镜的基本原理
第一节 电子光学的基本知识
-
12
➢ 分辨率: 能够区分的相邻两个物点间的最小距离。用d表示。 ❖ 人眼的分辨率
正常人眼在明视距离（250mm）的分辨率是0.2mm。
❖光学显微镜的分辨率和有效放大
1. Airy圆盘
Romano及同事
首次制备蛋白质A-金复合物
1977
Horisberger及同事
建立了制备免疫球蛋白-金颗粒基本方法
1978
Rpth及Bendayan
提出包埋后免疫金标-记技术
4
Early days of electron microscopy
-
5
Microsocopy techniques developped
-
9
扫描隧道显微技术(STM) 原子力显微技术(AFM) 激光扫描共焦显微技术
利用共焦光路及激光扫 描，在观察较厚样品的 内部结构或直接观察细 胞时，可使所选定的不 同层面每一焦点面影象 清晰，从而得到细胞不 同切面上的一系列图象， 经计算机系统快速分析 处理，即可重组出样品 三维立体图象，展现细 胞瞬间变化的形态结构。
透射电子显微镜在材料学中的应用
扬州大学测试中心 陈义芳
2008年5月
-
1
绪论 电子显微镜技术发展简史
1 电子显微镜发展简史 2 电子显微镜技术的发展与应用 3 其他显微技术的发展
-
2
表1-1 显微镜发展简史
年代
制造者
显微镜
1590 1665 1665 1932
荷兰眼镜制造商Janssen 英国科学家和发明家罗伯特.胡克 荷兰业余科学家列文.虎克 德国物理学家Knoll和Ruska
1939
Kauschehe和Ruska
对蛋白质吸附于胶体金进行探讨
1939
Horisberger
将蛋白质吸附于胶体金方法用于扫描电子显微镜
1962
Feldherr和Marshal
胶体金颗粒作为一种示踪物用于电子显微技术研究
1971
Faulk和Taylor
胶体金作为抗血清特异标记物用于透射电子显微镜
1974
扫描隧道显微技术(STM) 原子力显微技术(AFM) 激光扫描共焦显微技术
通过微悬臂上的针尖在样品 表面扫描，使针尖与凹凸不 平的样品表面的顶端原子相 互摩擦产生原子力。在扫描 过程中，微悬臂的上下起伏 与等位面的样品形貌相互对 应，所以可通过针尖与微悬 臂之间的隧道电流变化，得 到样品表面形貌信息。 其分辨率可与透射电镜相比 拟。 AFM不但能通过探测原子间 作用力观察绝缘体，还可在 生物环境中直接观察生物样 品表面结构。
1952 1956
Palade Palade和Siekevitz
将缓冲液与锇酸混合，作为组织固定液 用电子显微镜分析细胞碎片
1953 1955
Porter和Blum Moran Hall和Huxley
介绍切片机和切片技术 使用钻石刀进行超薄切片，并创立冷冻超薄切片术 以磷钨酸为负染色剂观察了灌木病毒及烟草花叶病毒的超微结构
中国科学院白春礼
主持研制成功首台原子力显微镜
-
3
表1-2 电子显微镜技术发展简史
年代 1934
研究者 Marotn
电子显微镜技术 发表了第一张生物组织茅膏菜属植物叶切片的电子显微图
1946 1947 1949 1950
Williams和Wyckoff Claude
Latta和Hartmann
将金属投影用于增加电镜图象反差 开始使用铀固定剂 甲基丙烯酸酯被用作包埋介质 用玻璃刀进行组织切片