第5章_透射电子显微镜技术TEM
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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。
TEM透射电子显微镜的成像原理TEM(Transmission Electron Microscopy)是一种高分辨率的显微镜技术,主要用于研究材料的微观结构和组织。
TEM利用电子束而非光束,可以实现比光学显微镜更高的分辨率,能够观察到纳米级别的细节。
其成像原理可以分为电子光学原理和电子-物质相互作用原理两个方面。
首先,电子光学原理是TEM成像的基础。
TEM的光学系统由一个电子源、一系列透镜、标本和一个像屏组成。
电子源通常采用热阴极的方式,通过加热金属丝使其发射电子。
这些电子经过一系列透镜的聚焦作用,形成一个细束,并进入样品。
对于TEM而言,最重要的透镜是电磁透镜,通常是通过一对线圈产生的。
电磁透镜中的电磁场可以对电子束进行聚焦和对准,以便在样品上形成清晰的像。
透镜的设计和设置可以调整其聚焦能力和调制电子束的波前。
透射电子显微镜通常具有两个凸透镜,分别称为物镜和目镜。
物镜透镜在样品和像屏之间,起到聚焦电子束和收集被样品散射的电子的作用。
目镜透镜位于像屏和观察者之间,用于观察和放大图像。
其次,电子-物质相互作用原理也是TEM成像的重要部分。
透射电子在穿过样品时会与样品中原子的电子发生相互作用,这种相互作用会导致电子的散射和吸收。
根据散射和吸收的强弱,我们可以获得关于样品内部结构和组织的信息。
散射现象包括弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指电子与原子的表面电子或晶格电子发生碰撞而改变方向,但能量基本保持不变。
非弹性散射是指电子在与样品中的原子碰撞时损失或获得能量。
这些散射电子通过透镜被聚焦到像屏上,呈现出所观察到的图像。
通过分析散射电子的强度和角度,我们可以推断出样品中的晶体结构、物质的化学成分和其它细节。
吸收现象是指电子在穿过样品时被材料中的原子吸收。
这种吸收现象通常被用来确定材料的厚度和密度。
因此,TEM利用电子束与样品相互作用的方式,可以获得关于样品结构和组织的信息。
通过聚焦和收集散射电子,形成清晰的图像,进而研究材料的微观特性。
TEM电子显微镜工作原理详解TEM电子显微镜是一种高分辨率的分析仪器,能够在纳米尺度下观察材料的微观结构和成分,对于研究材料的性质和特性具有重要意义。
本文将详细介绍TEM电子显微镜的工作原理,包括透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜。
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)工作原理:透射电子显微镜主要由电子光源、透镜和探测器组成。
首先,电子光源发射高能电子束,这些电子从阴极发射出来,经过加速器获得较高的能量。
然后,电子束通过一系列的电磁透镜进行聚焦,使电子束变得更加细致和密集。
接着,电子束通过物质样本,部分电子被样本吸收或散射,形成透射电子。
这些透射电子被接收器捕获和放大成像,形成TEM图像。
透射电子显微镜的工作原理是基于电子的波粒二象性。
电子是一种粒子同时也是一种波动,其波动性质使得它具备非常短的波长,远远小于可见光的波长。
这使得TEM能够观察到比传统光学显微镜更小的尺度。
另外,透射电子显微镜在工作中还需要考虑电子束的束流强度、对样本的破坏性和控制样本与探测器之间的距离等因素。
TEM电子显微镜通过透射电子成像方式观察样本,因此对样本的制备要求非常高。
样品需要制备成非常薄的切片,通常厚度在几十纳米到几百纳米之间,以保证电子可以穿透。
对于一些无法制备成切片的样品,可以利用离子切割或焦离子技术获得透明的样品。
此外,在观察样本时需要避免污染和氧化等现象。
扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope,STEM)工作原理:扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种变种,它在透射成像的基础上加入了扫描功能。
STEM可以实现高分辨率的成像,同时也可以进行能谱分析和电子衍射。
STEM电子显微镜工作原理类似于透射电子显微镜,但需要注意的是,STEM使用的电子束并不需要通过所有的样本区域。
电子束只需通过样本中的一个小区域,然后扫描整个样本,因此样本制备要求和透射电子显微镜相比较低。
透射电子显微镜技术简介透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM),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”。
一、透射电镜的成像原理如图所示,电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下,高速地穿过阳极孔,被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。
因为电子束穿透能力有限,所以要求样品做得很薄,观察区域的厚度在200nm左右。
由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别,使电子束透过样品时发生部分散射,其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别,经过物镜聚焦放大在其像平面上,形成第一幅反映样品微观特征的电子像。
然后再经中间镜和投影镜两级放大,投射到荧光屏上对荧光屏感光,即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布,或由照相底片感光记录,从而得到一幅图1. 透射电镜与普通光学显微镜结构对比具有一定衬度的高放大倍数的图像。
透射电子显微镜的成像方式可表述为:1.由电子枪发射高能、高速电子束;2.经聚光镜聚焦后透射薄膜或粉末样品;3.透射电子经过成像透镜系统成像;4.激发荧光屏显示放大图像;5.专用底片/数字暗室记录带有内部结构信息的高分辨图像;二、透射电子显微镜的结构透射电镜一般是由电子光学部分、真空系统和供电系统三大部分组成。
1.电子光学部分整个电子光学部分完全置于镜筒之内,自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样品室、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、照相机构等装置。
根据这些装置的功能不同又可将电子光学部分分为照明系统、样品室、成像系统及图像观察和记录系统。
透射电子显微镜技术简介透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope ,TEM ),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”。
一、透射电镜的成像原理如图所示,电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下,高速地穿过阳极孔,被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。
因为电子束穿透能力有限,所以要求样品做得很薄,观察区域的厚度在200nm左右。
由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别,使电子束透过样品时发生部分散射,其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别,经过物镜聚焦放大在其像平面上,形成第一幅反映样品微观特征的电子像。
然后再经中间镜和投影镜两级放大,投射到荧光屏上对荧光屏感光,即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布,或由照相底片感光记录,从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的图像。
透射电子显微镜的成像方式可表述为:1.由电子枪发射高能、高速电子束;2.经聚光镜聚焦后透射薄膜或粉末样品;3.透射电子经过成像透镜系统成像;4.激发荧光屏显示放大图像;5.专用底片/数字暗室记录带有内部结构信息的高分辨图像;二、透射电子显微镜的结构透射电镜一般是由电子光学部分、真空系统和供电系统三大部分组成。
图1. 透射电镜与普通光学显微镜结构对比1.电子光学部分整个电子光学部分完全置于镜筒之内,自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样品室、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、照相机构等装置。
根据这些装置的功能不同又可将电子光学部分分为照明系统、样品室、成像系统及图像观察和记录系统。