中国石油大学-透射电子显微镜.ppt

内容回顾：电子光学基础 光学显微镜的分辨率 极限（200nm) 原因？ 受可见光波长限制 电子波 比可见光短十万倍 光学透镜、电磁透镜的成像原理 电磁透镜的像差与分辨本领 电磁透镜的景深和焦长 第八章 透射电子显微镜 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 TEM发展简史 1924年de Broglie提出波粒二象性假说 1926 Busch指出“具有轴对称性的磁场对电子束起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”。 1927 Davisson Germer, Thompson and Reid 进行了电子衍射实验。 1933年柏林大学的Knoll和Ruska研制出第一台电镜（点分辨率50nm, 比光学显微镜高4倍)，Ruska 为此获得了Nobel Prize（1986）。 1949年Heidenreich观察了用电解减薄的铝试样； 近代TEM发展史上三个重要阶段 像衍理论(50－60年代)： 英国牛津大学材料系 P.B.Hirsch, M.J.Whelan；英国剑桥大学物理系 A.Howie （建立了直接观察薄晶体缺陷和结构的实验技术及电子衍射衬度理论） 高分辨像理论（70年代初）： 美国阿利桑那州立大学物理系J.M.Cowley，70年代发展了高分辨电子显微像的理论与技术。 高空间分辨分析电子显微学（ 70年代末，80年代初）采用高分辨分析电子显微镜（HREM，NED，EELS, EDS）对很小范围（～5?）的区域进行电子显微研究（像，晶体结构，电子结构，化学成分）? 各国代表人物 美国伯克莱加州大学G.Thomas将TEM第一个用到材料研究上。 日本岗山大学H. Hashimoto日本电镜研究的代表人。 中国：钱临照、郭可信、李方华、叶恒强、朱静。 国内电镜做得好的有：北京电镜室（物理所）、沈阳金属所、清华大学。 为什么要用TEM? 1）可以实现微区物相分析。 为什么要用TEM? 2）高的图像分辨率。 为什么要用TEM? 3）获得立体丰富的信息。 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 通常透射电镜由电子光学系统、电源与控制系统、真空系统、和循环冷却系统组成，其中电子光学系统是电镜的主要组成部分。 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 照明系统主要组成： 电子枪+平移对中、倾斜调节装置+聚光镜 照明系统的作用：提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。 灯丝 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 热阴极三极电子枪：发夹形钨丝阴极＋栅极帽＋阳极， 栅极作用：限制和稳定电子束流 电子源：阴极和阳极之间电子束会集成的交叉点 电子源直径：几十个微米 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 聚光镜：会聚电子枪射出的电子束，以最小的损失照射样品，调节照明强度、孔径角和束斑大小 双聚光镜系统：第一聚光镜是强激磁透镜；第二聚光镜是弱激磁透镜 从聚光镜到物镜 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 成像系统 （一）物镜 物镜作用：形成第一幅高分辨率电子显微图像和电子衍射花样。 为获得物镜的高分辨率：强激磁、短焦距 物镜决定透射电子显微镜分辨本领 物镜是一个强激磁短焦距的透镜，它的放大倍数较高，一般为100-300倍。目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm左右。 光学透镜的焦距是固定的。电磁透镜的焦距是可以通过调节电流大小来改变。 在用透射电子显微镜进行图像分析时，物镜和样品之间和距离固定不变的，（即物距L1不变）。因此改变物理学电镜放大倍数进行成像时，主要是改变物镜的焦距和像距（即f 和 L2）来满足成像条件。 （二）中间镜 长焦距变倍透镜 放大倍数0-20倍 弱激磁 在电镜操作过程中，主要是利用中间镜的可变倍率来控制电镜的放大倍数。 （三）投影镜 投影镜的作用是把经中间镜放大（或缩小）的像（电子衍射花样）进一步放大，并投影到荧光屏上 它和物镜一样，是一个短焦距的强磁透镜。投影镜的激磁电流是固定的。 成像电子束进入投影镜时孔径角很小（约10-5rad）,因此它的景深和焦长都非常大。即使显微镜的总放大倍数有很大的变化，也不会影响图像的清晰度。 如果中间镜的像平面出现一定的位移，这个位移距离仍处于投影镜的景深范围之内，因此，在荧光屏上的图像仍旧是清晰的。 § 8-1 透射电子显微镜的结构和成像机理 如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合，则在荧光屏上得到一幅放大像，这就是电子显微镜中的成像操作，如右图