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透射电子显微镜-TEM Transmission electron microscope 内容 简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析 TEM 简介 1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年，透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。 透射电子显微镜-TEM 为什么采用电子束而不用自然光？ 显微镜的分辨率 自然光与电子束的波长 有效放大倍数 显微镜的分辨率 自然光与电子束的波长 可见光的波长在390～760nm 电子波长： 有效放大倍数 光学显微镜必须提供足够的放大倍数，把它能分辨的最小距离放大到人眼能分辨的程度。相应的放大倍数叫做有效放大倍数，它可由下式来确定： 有效放大倍数 为什么采用电子束做为光源? 结论： 由显微镜的分辨率与光源的波长决定了透射电子显微镜的放大倍率远大于普通光学显微镜；一般来说，光学显微镜的最大放大倍率在2000倍左右，而透射电子显微镜的放大倍率可达百万倍。 电磁透镜的分辨本领比光学玻璃透镜提高一千倍左右，可以达到2?的水平，使观察物质纳米级微观结构成为可能。 透射电子显微镜结构原理 电子光学系统 真空系统 操作控制系统 电子光学系统 照明系统 作用是提供光源（控制其稳定度、照明强度和照明孔径角）；选择照明方式（明场或暗场成像）。 （1）阴极 电子源： 钨灯丝—热发射 （2）阳极 加速从阴极发射出的电子。 为了操作安全，一般是阳极接地，阴极带有负高压。 -50~200kV （3）控制极 会聚电子束；控制电子束电流大小，调节像的亮度。 阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，习惯通称为“电子枪”。 电子枪的重要性仅次于物镜。决定像的亮度、图像稳定度和穿透样品的能力。 (4) 聚光镜 由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用，电子束穿过阳极后，逐渐变粗，射到试样上仍然过大。 聚光镜有增强电子束密度和再次将发散的电子会聚起来的作用。 多为磁透镜，调节其电流，控制照明亮度、照明孔径角和束斑大小。 (4)聚光镜 高性能TEM采用双 聚光镜系统，提高 照明效果。 成像系统 （1）物镜 物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距的物镜。 放大倍数较高，一般为100～300倍。 目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。 （2）中间镜 中间镜是弱磁透镜，它的功能是把物镜形成的一次中间像或衍射谱投射到投影镜物面上，再由投射镜放大到终平面（荧光屏）。 弱激磁的长焦距变倍透镜，0～20倍可调。 在电镜中变倍率的中间镜控制总放大倍率，用M表示放大倍率，它等于成像系统各透镜放大率的乘积，即： （3）投影镜 投影镜的功能是把中间镜形成的二次像及衍射谱放大到荧光屏上，成为试样最终放大图像及衍射谱。 它和物镜一样是短焦距强磁透镜。但是对投影镜精度的要求不像物镜那么严格，因为它只是把物镜形成的像做第三次放大。 具有很大的场深和焦深. 成像系统 成像系统的两个基本操作是将衍射花样或图像投影到荧光屏上。 成像系统 材料研究中，希望弄清很小区域的结构和形貌，既要观察其显微像（形貌），又要得到其衍射花样（分析结构）。 衍射状态与成像状态的变换是通过改变中间镜的激磁电流实现的。 先观察显微像，再转换到衍射花样。 成像系统 透射束 像平面 → 一次显微像 电子→样品 物镜 衍射束 背焦面 → 第一级衍射花样 像平面 显微像 调整中间镜 I使物平面与物镜