明场像和暗场像
The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成像和放大，然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。
明暗场成像原理:晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别)，是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的，因此称其为衍射衬度，以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。如果只允许透射束通过物镜光栏成像，称其为明场像；如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像，则称为暗场像。有关明暗场成像的光路原理参见图2-1。就衍射衬度而言，样品中不同部位结构或取向的差别，实际上表现在满足或偏离布喇格条件程度上的差别。满足布喇格条件的区域，衍射束强度较高，而透射束强度相对较弱，用透射束成明场像该区域呈暗衬度；反之，偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱，透射束强度相对较高，该区域在明场像中显示亮衬度。而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。如果在一个晶粒内，在双光束衍射条件下，明场像与暗场像的衬度恰好相反。
a) 明场成像 b) 中心暗场成像 明暗场成像是透射电镜最基本也是最常用的技术方法，其操作比较容易，这里仅对暗场像操作及其要点简单介绍如下：
(1) 在明场像下寻找感兴趣的视场。
(2) 插入选区光栏围住所选择的视场。
(3) 按“衍射”按钮转入衍射操作方式，取出物镜光栏，此时荧光屏上将显示选区域内晶体产生的衍射花样。为获得较强的衍射束，可适当的倾转样品调整其取向。
1.扫描电子显微镜的成像原理：
与透射电镜完全不同，它不用电磁透镜放大成像。
而是以类似电视摄影显像的方式。
利用细聚焦高能电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。
扫描电子显微镜的特点：
①高分辨率：普通钨灯丝扫描电镜其二次电子像的分辨率达3～4nm；而场发射扫描电镜可达1～2nm。
②高放大倍数：10倍～50万连续可调，原位放大。
③高景深：适合于粗糙表面及断口形貌的显微分析。
④多功能：可与其它分析仪器相组合，能在同一台仪器上进行形貌、微区成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同位分析。
2电子束与固体样品作用
高能入射电子束轰击固体样品，与样品物质中的原子核、核外电子相互作用，而发生散射和吸收。
原子对电子散射：也分弹性散射与非弹性散射。
1)、弹性散射：入射电子与原子核的相互作用。
2). 非弹性散射：
入射电子与原子中核外电子作用。
入射电子能量传给原子而发生变化，并引起原子结构变化，产生各种电子激发或辐射。
3)吸收：入射电子在固体中散射比 X 射线强得多，固体对电子的“吸收”强烈。
吸收表现：随着激发次数增多，入射电子动能逐渐减小，引起强度衰减，直到耗尽，最终被固体吸收（束缚）。
电子束与固体样品作用时产生的信号
1)．背散射电子：
指被固体样品中原子核反弹回的一部分入射电子。
含弹性的和非弹性的
①弹性背散射电子：指被样品物质中原子核反弹回来，散射角>90o的部分入射电子，其能量基本无损失，只改变方向。
特点：能量高，能达数千～数万电子伏。
②非弹性背散射电子：入射电子和核外电子相互作用，不仅方向改变、能量有不同程度损失，经多次散射后仍能回表面（散射角> 90o ）的电子。
背散射电子特点：
能量：从数十eV～数千eV很宽。
数量：弹性的远比非弹性的所占份额多。
来源：样品表层几百nm深度。
产额：随原子序数Z增大而增多。
2)．二次电子：
指被入射电子击出，并离开样品表面的样品物质核外电子。
电子显微镜的发展与应用
电子显微镜是一种现代高科技仪器，它通过聚集电子束对材料的显微结构进行观察和分析，是材料科学、物理学等领域中最常用的分析手段之一。本文将从电子显微镜的历史、原理、技术特点和应用方面进行介绍。
一、电子显微镜的历史
电子显微镜是现代显微镜技术中的一种新型仪器，它的历史可以追溯到20世纪30年代末期。当时人们开始尝试用电子束来取代光束观察物体的微小结构，以期获得更高分辨率的成像效果。
在短短几十年的时间里，电子显微镜技术得到了快速发展，主要表现在以下几个方面：
1. 改善电子源的性能，例如提高电子束的能量和亮度，使得电子束更容易穿透厚样品。
2. 发展各种种类的探针，例如扫描探针显微镜、透射电子显微镜、衍射电子显微镜等，不同的探针具有不同的优缺点，可根据具体需求进行选择。
3. 发展样品制备技术，例如离子切割技术、冷冻切片技术、金属薄膜制备技术等，这些技术可提高样品的表面平整度和断面质量，从而获得更高质量的显微图像。
二、电子显微镜的原理
电子显微镜的原理主要是利用电子束与样品相互作用所产生的各种信号（例如散射、透射、反射等信号），通过探针来探测这些信号从而获得目标物体的显微结构信息。下面我们来分别介绍以下两种常用的电子显微镜：
1. 透射电子显微镜
透射电子显微镜原理与传统光学显微镜类似，通过透射样品的电子束来获得样品内部结构的信息。透射电子显微镜的分辨率通常可以达到0.1nm左右，是目前分辨率最高的显微镜之一。它适用于物质结构的研究，例如晶体学、材料学等领域。
2. 扫描电子显微镜
扫描电子显微镜则是利用电子束的散射、反射信号来获取材料的表面形貌和组成信息。其分辨率可以达到纳米级别，具有高度的表面灵敏度。扫描电子显微镜适用于纳米材料、生物样品以及矿物材料等领域的研究。
三、电子显微镜的技术特点
电子显微镜的技术特点主要表现在以下几个方面：
1. 高分辨率：电子显微镜的分辨率远远高于光学显微镜，可以达到亚纳米级别，从而获得更为细节的结构信息。
扫描电镜的原理
扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种非常重要的高性能显微技术，在材料科学、生命科学、医学和其他领域被广泛应用。扫描电镜可以提供高分辨率、高深度和高放大倍数的图像，同时也可以提供各种物理和化学信息。本文将介绍扫描电镜的原理。
1. 电子束和电子枪
扫描电镜的原理是利用电子束扫描物体表面来成像。电子束由电子枪发射，通常使用热阴极作为发射材料。热阴极会受到高电压的电子轰击并发射出电子。电子枪工作时需要维持一个高度真空的环境，以避免电子在带电粒子的碰撞下散射或被吸收。
2. 样品表面的电子反射
当电子束与样品表面相遇时，部分电子会被反射回来，这被称为二次电子。样品表面的形貌和物理状态会影响反射电子的强度和方向。扫描电镜利用这些二次电子作为探测信号，从而获得样品表面的形貌和结构信息。
3. 扫描线圈和扫描电子束
扫描电子束需要通过备有线圈的扫描系统进行扫描。扫描线圈会施加磁场，使电子束形成一个以中心点为轴心的圆形轨迹，从而扫描整个样品表面。通过控制扫描系统中线圈的电流，可以调整扫描电子束的速度和方向，从而产生不同大小和方向的扫描区域。同时，扫描电镜还可以利用多个扫描线圈构成的扫描组来进行更高精度的扫描。
4. 光电放大器和图像显示
扫描电子束扫描样品表面时激发的二次电子信号可以经过光电放大器和其他信号处理系统进行信号放大和调制，最终显示在电视屏幕或计算机显示器上。显示的图像是灰度图像，根据二次电子信号的强度计算出图像中每个像素的灰度值。通过扫描电子束的对比度和灰度分辨率可以得到高分辨率的图像，帮助人们观察和研究样品的表面形貌和结构特征。
