第二章 透射电子显微镜
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透射电子显微镜原理透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, 简称TEM)是一种利用电子束传递样品来获得细微结构的高分辨率显微镜。
它的原理是通过在真空中加速电子,将电子束通过光学透镜系统聚焦到样品上,并通过样品的透射情况来形成图像。
TEM的关键组件包括电子源、电子透镜系统、样品台、探测器和成像系统。
电子源产生的电子束经过一系列透镜系统(包括准直透镜、磁场透镜、投影透镜等),被聚焦到样品上。
样品位于一个特殊的样品台上,可以微调样品的位置和角度。
透射电子束通过样品后,部分电子被散射、散射和吸收。
散射电子和透射电子被探测器捕捉,并转化为电信号。
TEM的成像原理基于透射电子束与样品交互作用的差异。
样品内不同的区域对电子束有不同的散射、吸收和透射能力,导致不同的强度对比。
探测器会测量透射电子的能量和强度变化,并将其转换为光学图像。
最终,通过调节透射电子束的聚焦和探测参数,可以得到具有高分辨率的样品图像。
TEM具有极高的分辨率和能够观察样品内部结构的能力。
与光学显微镜相比,TEM利用电子束的波长远小于光的波长,可以克服光学显微镜的衍射极限。
因此,TEM可以观察更小的结构和更高的放大倍数。
此外,TEM还可以通过选定区域电子衍射(Selected Area Electron Diffraction, SAED)技术来研究晶体的晶格结构和材料的晶体学性质。
综上所述,透射电子显微镜通过控制电子束的聚焦和探测参数,利用透射电子与样品相互作用的差异,获得高分辨率的样品图像。
它是研究材料科学和纳米技术的重要工具。
第二章 电子显微分析第三节 透射电子显微分析1.试述透射电镜的结构。
通常透射电子显微镜主要由光学成像系统、真空系统和电气控制系统三部分组成。
(1)光学成像系统:1 照明部分:电子枪、聚光镜。
2成像放大系统:物镜、中间镜、投影镜。
3图像观察记录部分。
4样品台。
(2)真空系统;(3)电气系统:灯丝电源和高压电源、磁透镜稳压稳流电源、电气控制电路。
2.透射电镜中粉末样品和薄膜样品的制备方法及要求?答:(1)粉末样品:用超声波分散器将需要的粉末在溶液(不与粉末发生作用的)中分散呈悬浮液。
用滴管滴几滴在覆盖有碳加强火棉胶支持膜的电镜铜网上。
待其干燥(或用滤纸吸干)后,在蒸上一层碳膜,即成为电镜观察用的分散情况,可用光学显微镜进行观察。
也可把载有粉末的铜网再作一次投影操作,以增加图像的立体感,并可根据投影“影子”的特征来分析粉末颗粒的立体形状。
(2)薄膜样品:块状材料是通过减薄的方法(需要先进行机械或化学方法的预减薄)制备成对电子束透明的薄膜样品。
减薄的方法有超薄切片、电解抛光、化学抛光和离子轰击等。
超薄切片方法适用于生物试样。
电解抛光减薄方法适用于金属材料。
化学抛光减薄方法适用于在化学试剂中能均匀减薄的材料,如半导体、单晶体、氧化物等。
无机非金属材料大多数为多相、多组分的的非导电材料,上述方法均木适用。
直至60年代初产生了离子轰击减薄装置后,才使无机非金属材料的薄膜制备成为可能。
3. 试述离子轰击制备薄膜样品的过程原理?答:(1)过程:离子轰击减薄是将待观察的试样按预定取向切割成薄片,再经机械减薄抛光等过程预减薄至30~40 m的薄膜。
把薄膜钻取或切取成尺寸为2.5~3mm的小片,装入离子轰击减薄装置进行离子轰击减薄和离子抛光。
(2)减薄原理:在高真空中,两个相对的冷阴极离子枪,提供高能量的氩子流,以一定角度对旋转的样品的两面进行轰击。
当轰击能量大于样品材料表层原子的结合能时,样品表层原子受到氩离子击发而溅射,经较长时间的连续轰击、溅射最终样品中心部分穿孔。