透射电镜培训-1

微镜分辨率的理论极限。若用波长最短的可见光(λ= 390nm )作 照明源，则
r0≈200nm 200nm是光学显微镜分辨本领的极限
如何提高显微镜的分辨率
• 根据透镜分辨率的公式，要想提高显微镜的分辨率，关键 是降低照明光源的波长。
• 顺着电磁波谱朝短波长方向寻找，紫外光的波长在13390nm之间，比可见光短多了。但是大多数物质都强烈地 吸收紫外光，因此紫外光难以作为照明光源。
电子波长
• 根据德布罗意（de Broglie）的观点，运动的
电子除了具有粒子性外，还具有波动性。这一点
上和可见光相似。电子波的波长取决于电子运动
的速度和质量，即
h
式中，h为普郎克常数：h=6.626m×v10-34J.s；
m为电子质量；v为电子运动速度，它和加速电
压U之间存在如下关系：
1 mv2 eU 即 2
图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)
高压系统
真空系统
一般是在物镜的背焦平面上放一称为物镜光阑的小孔径的光阑来达到这个目的。
当试样厚度t恒定时,强度
200~500nm厚的薄膜
如果g · R ≠整数 ,则e-iα≠1， (α ≠ 2π的整数倍。
不同加速电压下的电子波波长
ξg是衍衬理论中一个重要的参数,表示在精确符合布拉格条件时透射波与衍射波之间能量交换或强度振荡的深度周期。
供观察形貌结构的复型样品和非晶态物质样品的衬度是质厚衬度
1.原子核和核外电子对入射电子的散射
经典理论认为散射是入射电
子在靶物质粒子场中受力而发
生偏转。可采用散射截面的模
型处理散射问题，即设想在靶
物质中每一个散射元(一个电子
eZ
或原子核)周围有一个面积为σ

透射电子显微镜（TEM）的种类
TEM按配置：加速电压、
FEI
电子枪种类、能量过滤器、
球差校正器；
按用途分类：高分辨 电镜、分析电镜、生物电 镜等
JEOL
JEM-1011 JEM-1230
JEM-2100
JEM-2100F JEM-2200FS JEM-3100F JEM-3200FS JEM-4010 JEM-ARM1250
【例】
贾春林博士等利用 球差校正电镜在负 球差条件下观察到 了BaTiO3中氧原子 列的衬度。
Science 303(2004),2001
电子激发样品可获得的各种信号
X射线 （EDS）
电子束
非弹性背散射电子
二次电子
Thin specimen
非相干弹性散射 电子
透射电子 （TEM）
相干弹性散射电子 （HAADF）
Electron Probe EDS
Xray
扫描透射（Scanning Transmission Electron Microscopy，STEM）模式下 高角度环形暗场技术( High Angle Angular Dark Field，HAADF)
Annular Detector
Bright Field Detector
成像系统 观察与记录系统
TEM光路示意图
Sport size Intensity Focus
M
光阑
在TEM中有许多固定光阑和可动光阑，它们的作用：挡 掉发散的电子，保证电子束的相干性和照射区域。其中三种 主要的可动光阑是第二聚光镜光阑，物镜光阑和选区光阑。 聚光镜光阑（condenser aperture）
透射电子显微镜操作培训 第一部分 透射电子显微镜原理

实验条件设置
根据样品特性和研究目的，合理设置加速电压、工作距 离、曝光时间等参数，以确保获得高质量的电镜图象。
正确解读图象并避免误解
熟悉电镜图象特点
了解不同实验条件下的电镜图象特点， 如分辨率、衬度等，有助于正确解读图 象。
VS
避免误解
注意区分真实结构和伪影，避免将伪影误 认为是真实结构，同时也要注意排除其他 干扰因素。
CHAPTER
03
透射电镜图象解释基础
晶体结构和空间群
晶体结构
晶体是由原子或分子在三维空间周期性排列形成的固体。晶 体结构决定了物质的物理和化学性质。
空间群
空间群是描述晶体内部原子或分子排列方式的对称性。不同 的空间群具有不同的对称元素，如镜面、旋转轴和反演中心 等。
原子和分子的电子密度分布
电子密度分布
提高透射电镜图象解释的准确性和可靠性
综合多种信息
结合其他相关实验数据和文献资料，对电镜 图象进行综合分析和解释，以提高准确性和 可靠性。
建立标准化操作流程
制定详细的操作流程和规范，确保实验过程 的一致性和可重复性，从而获得更加可靠的 结果。
电子枪产生电子束，经过聚光镜和物镜的聚焦后，穿过样品到
达投影镜，最后在荧光屏幕上形成图像。
透射电镜的分辨率和放大倍数取决于各透镜的焦距和放大倍数
03 。
透射电镜的优缺点
优点
高分辨率、高放大倍数、能够观察活 细胞和细胞内部的超微结构。
缺点
样品制备复杂、价格昂贵、操作和维 护成本高。
CHAPTER
02
材料晶体结构的透射电镜图象解释，主要是利用电镜技术 观察材料的晶体结构和相变过程。通过分析图象中晶格条 纹、晶面间距等特征，可以推断出材料的晶体结构和物理 性质，为材料科学研究和应用提供重要依据。

b
5
在物方介质为空气的情况下，任何光学 Nhomakorabea镜系 统的N·A值小于1。
D0 ≈ 1/2λ
波长是透镜分辨率大小的决定因素。
透镜的分辨本领主要取决于照明束波长λ。若 用波长最短的可见光(λ=400nm)作照明源。
200nm是光学d显0=微2镜0分0n辨m本领的极限
b
6
瑞利判据:对于两个等光强的非相干物点,如果其一个象斑的中心恰好落在另一象斑
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电镜的分类
透射电子显微镜
电子束透过样品(透射电子) 直接放大成像
扫描电子显微镜
电子束以扫描形式轰击在样品上，产生二次电子 等信息，而后再将二次电子等信息收集起来放大 成像。
分析电子显微镜
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12
透射电镜的发展
First TEM (rudiment),1931 E. Ruska and M. Knoll
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9
将常数代入上式，并注意到电子电荷 e 的单位 为库仑， h的单位为J·s，我们将得到：
1 .2 2 6 nm U
表9-1不同加速电压下的电子波长 加速电压/kV 20 30 50 100 200 500 1000 电子波长/10-3nm 8.59 6.98 5.36 3.70 2.51 1.42 0.687
的边缘(第一暗纹处),则此两物点被认为是刚刚可以分辨。两艾里斑中心距小于艾里
斑半径,两象点不能分辨。
衍射屏
L
观察屏
(
刚可分辨
不可分辨
1
艾 里
斑
)
圆孔孔径为D
f
相对光 1 I / I0
强曲线
中央为亮斑,外围为一些同心亮 环.光强主要在中央亮斑区 (84%)——艾里(Airy)斑。