透射电镜基础知识

透射电镜的基本原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种使用电子束而非光线进行成像的仪器。

它使用高能电子束将样品穿透，然后收集透射的电子，并通过电子透射图像来获得样品的高分辨率图像。

以下是透射电镜的基本原理。

1.电子源：透射电镜中的电子通常是通过热发射或场发射从钨丝或钨尖中提取出来的。

电子源通常位于电镜的顶部，并通过加热或外加电场使电子发射。

2.加速器和减速器：电子源中产生的电子通过一个加速器进行加速，以达到高能水平。

这样可以使电子具有足够的能量穿透样品。

在穿过样品后，电子被进一步减速，以改变电子束的相对能量。

3.样品：样品通常是非晶态或晶态材料，厚度通常在几纳米到几十纳米之间。

样品先被制备成极薄切片，并被放置在透明的钢网上，并通过透射底座固定在电镜中。

4.磁透镜系统：磁透镜系统用于聚焦和定向电子束。

它可以通过控制磁铁中的磁场来控制电子束的聚焦和导向。

电镜通常包含一个物镜透镜和一个对焦透镜。

物镜透镜具有更大的聚焦能力，用于将电子束聚焦到样品上，而对焦透镜用于微调焦距。

5.透射：电子束穿过样品时会与样品中的原子和电子发生相互作用。

其中一个主要的相互作用是电子与样品中的原子核和电子发生库仑散射。

这些相互作用会使电子的能量损失，并改变电子的路径。

透射电子图像是根据这些散射事件的位置和能量损失来重建的。

6.探测器：透射电子通过样品后，会被收集并转换为可视图像。

光学系统使用透射电子图像来放大和重构样品。

最常用的探测器是闪烁屏幕和摄像机。

闪烁屏幕会发出光，而摄像机则将光转换为电信号，并将其转化为可视化的图像。

7.后处理：获得的透射电子图像可以通过计算机后处理进行增强和处理。

这些处理包括调整对比度，增强细节以及从二维图像中提取出三维信息。

透射电镜的原理允许它在纳米尺度下观察物质的结构和形貌。

与传统的光学显微镜相比，透射电镜具有更高的分辨率和更大的深度解析力。

透射电子显微镜锁定透射电镜一般指透射电子显微镜本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目审核。

透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM),可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。

要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。

1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。

目前TEM的分辨力可达0.2nm。

中文名透射电子显微镜外文名Transmission Electron Microscope简称TEM发明人物E.Ruska1简介▪大型透射电镜▪低压透射电镜▪冷冻电镜2历史▪分辨率改进▪进一步研究3背景知识▪电子▪电子源▪电子光学设备▪成像设备4结构原理5成像方式▪对比度信息▪亮场▪衍射对比度▪电子能量损失▪相衬技术▪衍射模式6TEM成像原理7TEM系统组件8照明系统▪电子枪（electronic gun）▪聚光镜（condonser lens）9成像系统▪样品室（specimen room ）▪物镜（object lens）▪中间镜和投影镜10观察记录▪观察室▪照相室▪阴极射线管（CRT）显示器11真空系统▪机械泵（旋转泵）▪油扩散泵12调校系统▪消像散器▪束取向调整器及合轴▪光阑13操作步骤14样品制备15应用1简介电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。

另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。

这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。

电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由照明系统、成像系统、真空系统、记录系统、电源系统5部分构成，如果细分的话：主体部分是电子透镜和显像记录系统，由置于真空中的电子枪、聚光镜、物样室、物镜、衍射镜、中间镜、投影镜、荧光屏和照相机。

电镜基础知识与原理1、电子束照射到样品上，电子与物质作用： 使电子改变运动方向，称为散射；电子只改变运动方向，不改变能量，称为弹性散射； 既改变运动方向，又改变能量，称为非弹性散射。

2、透射电子显微镜（TEM ）的磁透镜包括：长磁透镜、短磁透镜、极靴透镜长磁透镜：像的每一点都与磁力线平行，M=1，没有放大作用，焦距长；短磁透镜：a 、短磁透镜为会聚透镜；b 、透镜光焦度1/f 与(IN)2成正比；c 、焦距 f 与加速电压U （即电子速度）有关，电子速度越大，焦距越长。

3、理想成象的条件：a 、场分布严格轴对称；b 、满足傍轴条件； c 、电子初速度相等。

4、景深与焦深：景深(Df )：试样在物平面沿轴前后移动而不使分辨率下降的距离（2∆L ），即物的空间距离。

焦深(DL )象平面沿轴前后移动而不使成象分辨率降低的距离（2∆LM2），即象的空间距离，M5、电镜的象差中球差、畸变、像散称为几何像差，倍率色差和旋转色差称为色差。

球差系数Cs 恒大于零，透镜强度越大，Cs 越小。

球差与分辨率的关系： Cs ——球差系数，α0——孔径角。

tga 0 <<1 畸变：当电子束不满足傍轴条件时，主要在中间镜和投影镜发生畸变。

像散：由于极靴加工精度的影响，使得磁场非对称，导致像在一个方向加长，另一个方向变短。

解决办法：加消像散器色差：由电子束能量宽度决定，包括倍率色差和旋转色差。

6、透射电镜成像的三个要素：分辨率（分辨能力）、衬度、放大倍数（1）分辨率（分辨能力）：能分清两个点的中心距离的最小尺寸。

a 、人眼分辨能力：约b 、光学显微镜的分辨率δ——分辨率；λ——可见光波长； n sin α——透镜孔径值c 、电子显微镜的分辨率：BCs B ——常数，一般在0.43 ~ 0.65之间。

A 、TEM 分辨率的影响因素：δ=BCs ¼λ¾B ——常数，Cs ——球差系数球差、光波波长决定了TEM 的分辨率，提高电子束的加速电压，减小电子束的波长，降低球差、色差对分辨率的影响；同时影响其分辨率的因素还有：灯丝的形状：双聚光镜的第一聚光镜要求为强透镜，而第二聚光镜为弱透镜。