实验二__透射电镜结构原理、样品制备及观察.doc

实验二 参观透射电子显微镜 时间：2015年12月1日 第一组：14:30-15:30 2013级金属材料工程专业一班 第二组：15:30-16:30 2013级金属材料工程专业二班 地点：材料科学与工程学院一楼TEM室 讲解：龚伦军老师 实验二? 透射电镜结构原理、样品制备及观察 一、实验内容及实验目的 1．结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以加深对透射电镜结构的整体印象，加深对透射电镜工作原理的了解。 2．掌握材料薄膜样品的制备方法—双喷电解减薄法和离子薄化法。 3．选用合适的样品，通过明暗场像操作的实际演示，了解明暗场成像原理。 4. 通过选区电子衍射的实际操作演示，加深对选区电子衍射原理的了解。 二、透射电镜的基本结构及工作原理 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。 透射电子显微镜按加速电压分类，通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。提高加速电压，可缩短入射电子的波长。一方面有利于提高电镜的分辨率；同时又可以提高对试样的穿透能力，这不仅可以放宽对试样减薄的要求，而且厚试样与近二维状态的薄试样相比，更接近三维的实际情况。就当前各研究领域使用的透射电镜来看，其主要三个性能指标大致如下： 加速电压：80～3000kV 分辨率：点分辨率为0.2～0.35nm、线分辨率为0.1～0.2nm 最高放大倍数：30～100万倍 尽管近年来商品电镜的型号繁多，高性能多用途的透射电镜不断出现，但总体说来，透射电镜一般由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统三大部分组成。此外，还包括一些附加的仪器和部件、软件等。有关的透射电镜的工作原理可参照教材，并结合本实验室的透射电镜，根据具体情况进行介绍和讲解。以下仅对透射电镜的基本结构作简单介绍。 1．电子光学系统 电子光学系统通常又称为镜筒，是电镜的最基本组成部分，是用于提供照明、成像、显像和记录的装置。整个镜筒自上而下顺序排列着电子枪、双聚光镜、样品室、物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏及照相室等。通常又把电子光学系统分为照明、成像和观察记录部分。 2．真空系统 为保证电镜正常工作，要求电子光学系统应处于真空状态下。电镜的真空度一般应保持在10-5托，这需要机械泵和油扩散泵两级串联才能得到保证。目前的透射电镜增加一个离子泵以提高真空度，真空度可高达133．322×10-8Pa或更高。如果电镜的真空度达不到要求会出现以下问题： (1) 电子与空气分子碰撞改变运动轨迹，影响成像质量。 ?(2) 栅极与阳极间空气分子电离，导致极间放电。 ?(3) 阴极炽热的灯丝迅速氧化烧损，缩短使用寿命甚至无法正常工作。 ?(4) 试样易于氧化污染，产生假象。 3．供电控制系统 供电系统主要提供两部分电源，一是用于电子枪加速电子的小电流高压电源；二是用于各透镜激磁的大电流低压电源。目前先进的透射电镜多已采用自动控制系统，其中包括真空系统操作的自动控制，从低真空到高真空的自动转换、真空与高压启闭的连锁控制，以及用微机控制参数选择和镜筒合轴对中等。 三、材料薄膜样品的制备方法 制备薄膜样品最常用的方法是双喷电解减薄法和离子薄化法。 1．双喷电解减薄法 (一) 装置 图1为双喷电解抛光装置示意图。此装置主要由三部分组成：电解冷却与循环部分，电解抛光减薄部分以及观察样品部分。 图1? 双喷电解抛光装置原理示意图 1．冷却设备；2．泵、电解液；3．喷嘴； ?4．试样；? 5．样品架；? 6．光导纤维管 (1) 电解冷却与循环部分 通过耐酸泵把低温电解液经喷嘴打在样品表面。低温循环电解减薄，不使样品因过热而氧化；同时又可得到表面平滑而光亮的薄膜，见图1中1及2。 (2) 电解抛光减薄部分 电解液由泵打出后，通过相对的两个铂阴极玻璃嘴喷到样品表面。喷嘴口径为1mm，样品放在聚四氟乙烯制作的夹具上(见图2)。样品通过直径为0.5mm的铂丝与不锈钢阳极之间保持电接触，调节喷嘴位置使两个喷嘴位于同一直线上。见图1中3。 (3) 观察样品部分 电解抛光时一根光导纤维管把外部光源传送到样品的一个侧面。当样品刚一穿孔时，透过样品的光通过在样品另一侧的光导纤维管传到外面的光电管，切断电解抛光射流，并发出报警声响。 图2 样品夹具 (二) 样品制备过程 (1) 切薄片。用电火花（Mo丝）线切割机床或锯片机从试样上切割下厚约0.2