透射电子显微分析PPT课件
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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
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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46页/共77页
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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
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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：
《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
材料分析测试 第八章 透射电子显微分析优秀PPT
14
（3）电磁透镜的分辨本领
光学显微镜 可见光：390-760nm， 最佳：照明光的波长的1/2。极限值：200nm
透射电镜 100KV电子束的波长为0.0037nm；200KV，0.00251nm
线分辨率
r0
A3
/
4
C
1 s
/
பைடு நூலகம்
4
透镜球差系数
常数
照明电子束波长
r0的典型值约为0.25~0.3nm，高分辨条件下，r0可达约0.1nm。
装有场发射枪的 扫描电子显微镜
超高压透射电子显微镜
2
Ernst Ruska Electron Microscope - Deutsches Museum
The electron microscope built by Ruska (in the lab coat) and Knoll, in Berlin in the early 1930s.
15
点分辨本领的测定
将金、铂、铂-铱或铂-钯等 金属或合金，用真空蒸发的 方法可以得到粒度为 5~10A、间距为2~10A的 粒子，将其均匀地分布在火 棉胶(或碳)支持膜上，在高 放大倍数下拍摄这些粒子的 像。
电子透镜
静电透镜 磁透镜
恒磁透镜 电磁透镜
11
（1）电磁透镜的结构
电磁透镜结构示意图
12
（2）电磁透镜的光学性质
11 1 uv f
物距 像距 焦距
透镜半径
f A RV0 (NI )2
与透镜结构有关的比例常数
电子加速电压 激磁线圈安匝数
由此可知，改变激磁电流，可改变焦距f，即可改 变电磁透镜的放大倍数。
7
TEM的形式
（3）电磁透镜的分辨本领
光学显微镜 可见光：390-760nm， 最佳：照明光的波长的1/2。极限值：200nm
透射电镜 100KV电子束的波长为0.0037nm；200KV，0.00251nm
线分辨率
r0
A3
/
4
C
1 s
/
பைடு நூலகம்
4
透镜球差系数
常数
照明电子束波长
r0的典型值约为0.25~0.3nm，高分辨条件下，r0可达约0.1nm。
装有场发射枪的 扫描电子显微镜
超高压透射电子显微镜
2
Ernst Ruska Electron Microscope - Deutsches Museum
The electron microscope built by Ruska (in the lab coat) and Knoll, in Berlin in the early 1930s.
15
点分辨本领的测定
将金、铂、铂-铱或铂-钯等 金属或合金，用真空蒸发的 方法可以得到粒度为 5~10A、间距为2~10A的 粒子，将其均匀地分布在火 棉胶(或碳)支持膜上，在高 放大倍数下拍摄这些粒子的 像。
电子透镜
静电透镜 磁透镜
恒磁透镜 电磁透镜
11
（1）电磁透镜的结构
电磁透镜结构示意图
12
（2）电磁透镜的光学性质
11 1 uv f
物距 像距 焦距
透镜半径
f A RV0 (NI )2
与透镜结构有关的比例常数
电子加速电压 激磁线圈安匝数
由此可知，改变激磁电流，可改变焦距f，即可改 变电磁透镜的放大倍数。
7
TEM的形式
高分辨透射电子显微术优秀课件.ppt
高分辨透射电子显微术优秀课件
波的干涉
Yi
底片
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨透射电子显微术：是材料原子级别显微组织结构的相 位衬度显微术。它能使大多数晶体材料中的原子成串成像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
）首次用电子显微镜拍摄了 Ti2Nb10O29 的二维像，并指出高分辨像中一个亮点对应于 晶体结构中电子束入射方向的一个通道。这是由于通道与周 围相比对电子的散射较弱，因此在像中呈现为亮点。在弱相 位体近似成立的条件下，高分辨电子显微像就是晶体结构在 电子束方向的投影，因此将晶体结构与电子显微像结合起来。 这种直观地显示晶体结构的高分辨像就称为结构像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
阿贝成像原理
成像系统光路图如图所示。 当来自照明系统的平行电子束投射
到晶体样品上后，除产生透射束外 还会产生各级衍射束，经物镜聚焦 后在物镜背焦面上产生各级衍射振 幅的极大值。 每一振幅极大值都可看作是次级相 干波源，由它们发出的波在像平面 上相干成像，这就是阿贝光栅成像 原理。
在此期间，人们还致力于发展超高压电镜、扫描 透射电镜、环境电镜以及电镜的部件和附件等， 以扩大电子显微分析的应用范围和提高其综合分 析能力。
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨电镜可用来观察晶体的点阵像或单原子像等所谓的高 分辨像。这种高分辨像直接给出晶体结构在电子束方向上的 投影，因此又称为结构像(图4-86)。
高分辨TEM
用物镜光阑选择透射波，观察到的象为明场象； 用物镜光阑选择一个衍射波，观察到的是暗场像； 在后焦平面上插上大的物镜光阑可以获得合成象，即高分辨
电子显微像
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨显微像
高分辨显微像的衬度是由合成的透射波与衍射波的相位差所 形成的。
波的干涉
Yi
底片
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨透射电子显微术：是材料原子级别显微组织结构的相 位衬度显微术。它能使大多数晶体材料中的原子成串成像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
）首次用电子显微镜拍摄了 Ti2Nb10O29 的二维像，并指出高分辨像中一个亮点对应于 晶体结构中电子束入射方向的一个通道。这是由于通道与周 围相比对电子的散射较弱，因此在像中呈现为亮点。在弱相 位体近似成立的条件下，高分辨电子显微像就是晶体结构在 电子束方向的投影，因此将晶体结构与电子显微像结合起来。 这种直观地显示晶体结构的高分辨像就称为结构像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
阿贝成像原理
成像系统光路图如图所示。 当来自照明系统的平行电子束投射
到晶体样品上后，除产生透射束外 还会产生各级衍射束，经物镜聚焦 后在物镜背焦面上产生各级衍射振 幅的极大值。 每一振幅极大值都可看作是次级相 干波源，由它们发出的波在像平面 上相干成像，这就是阿贝光栅成像 原理。
在此期间，人们还致力于发展超高压电镜、扫描 透射电镜、环境电镜以及电镜的部件和附件等， 以扩大电子显微分析的应用范围和提高其综合分 析能力。
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨电镜可用来观察晶体的点阵像或单原子像等所谓的高 分辨像。这种高分辨像直接给出晶体结构在电子束方向上的 投影，因此又称为结构像(图4-86)。
高分辨TEM
用物镜光阑选择透射波，观察到的象为明场象； 用物镜光阑选择一个衍射波，观察到的是暗场像； 在后焦平面上插上大的物镜光阑可以获得合成象，即高分辨
电子显微像
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨显微像
高分辨显微像的衬度是由合成的透射波与衍射波的相位差所 形成的。
第二章透射电子显微镜ppt课件
b.成像/衍射模式选择。 •投影镜：进一步放大中间镜的 像。
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也
《透射电子显微分析》课件
《透射电子显微分析》 PPT课件
通过透射电子显微分析（Transmission Electron Microscopy）探索微观世界，了 解其定义、工作原理、应用领域、基本原理、步骤、优势和局限性，以及未 来发展趋势。
定义
透射电子显微分析是一种利用高分辨率透射电子显微镜观察样品内部结构和成分的技术。
基本原理
透射电子显微分析基于电子与物质的相互作用，通过电子束的透射、衍射或散射得到样品的结构和成分信息。
步骤
1
制备样品
将样品切割薄片，使电子能够透射。
2
调整仪器参数
优化显微镜的电子束和收集器的设置。
3
像差校正
通过像差校正方法，提高显微镜的分辨率。
优势和局限性
1 优势
高分辨率、高灵敏度、非破坏性、多种工作 模式。
2 局限性
样品制备复杂、对仪器环境敏感、价格昂贵。
未来发展趋势
透射电子显微分析在纳米科技、生物医药等领域有广阔的应用前景。未来的 发展目标是提高分辨率、降低成本、简化操作并发展新的应用模式。
工作原理
1
透射模式
电子束通过样品并形成投影图像，通过
衍射模式
2
电子透射对样品进行分析。
电子束与样品发生衍射，利用衍射图样
进行分析。
3
散射模式Βιβλιοθήκη 电子束与样品发生散射，通过散射图样 进行分析。
应用领域
材料科学
研究材料的晶体结构、成分和缺陷。
纳米技术
研究纳米级材料的性质和相互作用。
生命科学
观察生物分子、细胞和组织的结构。
通过透射电子显微分析（Transmission Electron Microscopy）探索微观世界，了 解其定义、工作原理、应用领域、基本原理、步骤、优势和局限性，以及未 来发展趋势。
定义
透射电子显微分析是一种利用高分辨率透射电子显微镜观察样品内部结构和成分的技术。
基本原理
透射电子显微分析基于电子与物质的相互作用，通过电子束的透射、衍射或散射得到样品的结构和成分信息。
步骤
1
制备样品
将样品切割薄片，使电子能够透射。
2
调整仪器参数
优化显微镜的电子束和收集器的设置。
3
像差校正
通过像差校正方法，提高显微镜的分辨率。
优势和局限性
1 优势
高分辨率、高灵敏度、非破坏性、多种工作 模式。
2 局限性
样品制备复杂、对仪器环境敏感、价格昂贵。
未来发展趋势
透射电子显微分析在纳米科技、生物医药等领域有广阔的应用前景。未来的 发展目标是提高分辨率、降低成本、简化操作并发展新的应用模式。
工作原理
1
透射模式
电子束通过样品并形成投影图像，通过
衍射模式
2
电子透射对样品进行分析。
电子束与样品发生衍射，利用衍射图样
进行分析。
3
散射模式Βιβλιοθήκη 电子束与样品发生散射，通过散射图样 进行分析。
应用领域
材料科学
研究材料的晶体结构、成分和缺陷。
纳米技术
研究纳米级材料的性质和相互作用。
生命科学
观察生物分子、细胞和组织的结构。
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荧投光影屏镜、的照激相磁底电片或流C是CD固接受定器的等，图因像为记成录像设备电 沿子电束镜进轴入向投移动影的镜距时离孔范径围。角 很 小 ， 因 此 它 的 景深和焦长都非常大。即使电镜的总放大 倍数有很大的变化，也不会影响图像的清 晰度。
2021
25
观察与记录系统
观察和记录装置包括荧光屏、照相机（底 片记录）、TV相机和慢扫描CCD。
作用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。
2021
20
物镜
物镜是TEM的最关键的部分，其作用是： 将来自试样不同点同方向同相位的弹性散射
束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构信 息的散射花样或衍射花样； 将来自试样同一点的不同方向的弹性散射束 会聚于其像平面上，构成与试样组织相对应 的显微像。
可以减小试样的照射面积，减少试样的温升；
观察时可以通过改变第二聚光镜电流，改变试 样的照射面积；
由于第二聚光镜为弱透镜，增加了聚光镜和样 品之间的距离，有利于安装聚光镜光阑和束偏 转线圈等附件。
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19
成像与放大系统
成像与放大系统主要由样品室、物镜、中 间镜、投影镜及物镜光阑和选区光阑组成。
(LaB6) 场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和
肖脱基（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。
2021
11
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13
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14
2021
15
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16
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。
不同电镜的荧光屏发光强度是不同的，有 的电镜的荧光屏看起来不亮，但电子的强 度是很强的，比如某些场发射电镜，所以 选择曝光时间时要注意；
2021
26
照相用的底片是一种对电子束很敏感的感 光材料制成，这种材料对绿光比较敏感， 对红光基本不反应，因此可以在红光下换 片和洗底片；
2021
21
TEM分辨本领的高低主要取决于物镜；
物镜是强励磁短焦距的透镜（f＝1~3mm）， 物镜的分辨率主要取决于极靴的形状和加 工精度。一般来说，极靴的内孔和上下极 靴之间的距离越小，物镜的分辨率越高， 所以高分辨电镜的可倾转角度往往比较小；
在现代分析电镜中，物镜皆由两部分组成， 分为上物镜和下物镜，试样置于上下物镜 之间，上物镜起强聚光作用，下物镜起成 像放大作用。
2021
5
D
平
行
光
T
光栅
后焦面 透镜
倒 立 像 像平面
透射电子显微镜工作原理示意图
2021
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3.1.2 透射电镜结构
电子显微镜与光学显微镜比较
2021
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2021
Байду номын сангаас
8
3.1.3 透射电镜电子光学系统
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、成像与放大系统和观察记录系统。
4
3.1.1 成像原理
透射电子显微镜电子光学系统的工作原 理可以用普通光学中的阿贝成像原理进行描 述：
平行光照射到一个光栅或周期物样上时， 将产生各级衍射，在透镜的后焦面上产生各 级衍射分布，得到与光栅或周期物样结构密 切相关的衍射谱；这些衍射又作为次级波源 产生次级波在高斯像面上发生干涉叠加，得 到光栅或周期物样倒立的实像。
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聚光镜示意图
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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 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。
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双聚光镜的优点：
扩大了光斑尺寸的变化范围，在不同的模式下， 可以通过改变第一聚光镜的电流，选择所需要 的光斑尺寸；
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照明系统
照明系统由电子枪、加速管、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。
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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
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中间镜
中间镜是弱励磁的长焦距变倍透镜，在电 镜操作中，主要是通过中间镜来控制电镜 的总放大倍率。
当放大倍数>1时，用来进一步放大物镜像； 当放大倍数<1时，用来缩小物镜像。
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如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重 合，则在荧光屏上得到一幅放大的电子图 像，这就是成像操作；如果把中间镜的物 平面和物镜的背焦面重台，则在荧光屏上 得到一幅电子衍射花样，这就是透射电镜 的电子衍射操作。
结合其他附件和电镜技术，可以同时获得 材料的微区形貌、成分和晶体结构等多种 相关信息。
已成为材料科学研究中不可或缺的重要分 析手段之一。
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3.1 TEM构造及工作原理
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 分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。
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透射电子显微分析
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参考书：
《金属X射线衍射与电子显微分析技术》 （李树棠）
《透射电子显微学》（黄孝瑛） 《材料分析测试技术——材料X射线衍射与
电子显微分析》（周玉、武高辉）
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透射电子显微镜（TEM， Transmission Electron Microscopy）
采用高速运动的电子束作为照明光源，具 有极高的空间分辨本领，甚至可以达到亚 埃级。
在物镜的像平面上有一个选区光阑，通过 它可以进行选区电子衍射操作。
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投影镜
景投深影：镜在的保作持用图像是清把晰经的中前间提镜下放，的允许像试(或样电沿电子 镜衍轴射向花移样动)的进距一离步范放围。大，并投影到荧光屏上， 焦它深也（是焦一长个）短：焦在距保持的图强像磁清透晰镜的。前提下，允许
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观察与记录系统
观察和记录装置包括荧光屏、照相机（底 片记录）、TV相机和慢扫描CCD。
作用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。
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物镜
物镜是TEM的最关键的部分，其作用是： 将来自试样不同点同方向同相位的弹性散射
束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构信 息的散射花样或衍射花样； 将来自试样同一点的不同方向的弹性散射束 会聚于其像平面上，构成与试样组织相对应 的显微像。
可以减小试样的照射面积，减少试样的温升；
观察时可以通过改变第二聚光镜电流，改变试 样的照射面积；
由于第二聚光镜为弱透镜，增加了聚光镜和样 品之间的距离，有利于安装聚光镜光阑和束偏 转线圈等附件。
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成像与放大系统
成像与放大系统主要由样品室、物镜、中 间镜、投影镜及物镜光阑和选区光阑组成。
(LaB6) 场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和
肖脱基（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。
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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。
不同电镜的荧光屏发光强度是不同的，有 的电镜的荧光屏看起来不亮，但电子的强 度是很强的，比如某些场发射电镜，所以 选择曝光时间时要注意；
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照相用的底片是一种对电子束很敏感的感 光材料制成，这种材料对绿光比较敏感， 对红光基本不反应，因此可以在红光下换 片和洗底片；
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TEM分辨本领的高低主要取决于物镜；
物镜是强励磁短焦距的透镜（f＝1~3mm）， 物镜的分辨率主要取决于极靴的形状和加 工精度。一般来说，极靴的内孔和上下极 靴之间的距离越小，物镜的分辨率越高， 所以高分辨电镜的可倾转角度往往比较小；
在现代分析电镜中，物镜皆由两部分组成， 分为上物镜和下物镜，试样置于上下物镜 之间，上物镜起强聚光作用，下物镜起成 像放大作用。
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D
平
行
光
T
光栅
后焦面 透镜
倒 立 像 像平面
透射电子显微镜工作原理示意图
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3.1.2 透射电镜结构
电子显微镜与光学显微镜比较
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Байду номын сангаас
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3.1.3 透射电镜电子光学系统
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、成像与放大系统和观察记录系统。
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3.1.1 成像原理
透射电子显微镜电子光学系统的工作原 理可以用普通光学中的阿贝成像原理进行描 述：
平行光照射到一个光栅或周期物样上时， 将产生各级衍射，在透镜的后焦面上产生各 级衍射分布，得到与光栅或周期物样结构密 切相关的衍射谱；这些衍射又作为次级波源 产生次级波在高斯像面上发生干涉叠加，得 到光栅或周期物样倒立的实像。
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聚光镜示意图
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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 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。
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双聚光镜的优点：
扩大了光斑尺寸的变化范围，在不同的模式下， 可以通过改变第一聚光镜的电流，选择所需要 的光斑尺寸；
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照明系统
照明系统由电子枪、加速管、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。
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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
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中间镜
中间镜是弱励磁的长焦距变倍透镜，在电 镜操作中，主要是通过中间镜来控制电镜 的总放大倍率。
当放大倍数>1时，用来进一步放大物镜像； 当放大倍数<1时，用来缩小物镜像。
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如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重 合，则在荧光屏上得到一幅放大的电子图 像，这就是成像操作；如果把中间镜的物 平面和物镜的背焦面重台，则在荧光屏上 得到一幅电子衍射花样，这就是透射电镜 的电子衍射操作。
结合其他附件和电镜技术，可以同时获得 材料的微区形貌、成分和晶体结构等多种 相关信息。
已成为材料科学研究中不可或缺的重要分 析手段之一。
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3.1 TEM构造及工作原理
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 分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。
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透射电子显微分析
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参考书：
《金属X射线衍射与电子显微分析技术》 （李树棠）
《透射电子显微学》（黄孝瑛） 《材料分析测试技术——材料X射线衍射与
电子显微分析》（周玉、武高辉）
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透射电子显微镜（TEM， Transmission Electron Microscopy）
采用高速运动的电子束作为照明光源，具 有极高的空间分辨本领，甚至可以达到亚 埃级。
在物镜的像平面上有一个选区光阑，通过 它可以进行选区电子衍射操作。
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投影镜
景投深影：镜在的保作持用图像是清把晰经的中前间提镜下放，的允许像试(或样电沿电子 镜衍轴射向花移样动)的进距一离步范放围。大，并投影到荧光屏上， 焦它深也（是焦一长个）短：焦在距保持的图强像磁清透晰镜的。前提下，允许