电子显微镜讲义-2012(第12节)2.ppt

光学显微镜的分辨率为200nm,为了进一步提高分辨率，唯一可能是利用短波长的射线，如利用紫外线（200-400nm），分辨率可提高一倍，曾经有人提出用X射线和γ射线作为光源，但在技术上比较困难，至今没有大的进展。当电子束作为“光源”时显微镜的分辨率提高了1000倍。 电子波的波长决定于电子的速度，而电子的速度决定于加速电压，例如，当加速电压为100KV, 电子束波长为0.0037nm，它比可见光的波长小于10万倍，但实际分辨率提高只有约1000倍。这是由于电镜像差等造成的。 要想电子束作为光源，用于放大成像，还要解决： 电子束发射、 电子束加速、 电子束聚焦、 电子束放大、 电子束穿透能力、电子束成像等问题。 2.3 电子的基本性质 电子是英国物理学家汤姆逊(J.J. Thomson)于1897年在研究阴极射线是发现的，它是最早被发现的基本粒子。一般地说，电子是指带有负电的电子，静止质量为9.11×10-31Kg,其电量为1.602×10-19库伦，是电量的最小单位，电子定向运动形成电流，利用电场和磁场可按需要的方式控制电子的运动，正是利用这一性质，人们发明了各种电子仪器，电镜就是其中之一。 1924年法国的科学家德布罗意（de Broglie）指出，任何一种快速运动的粒子（这里的快速是指接近光速），都具有类似于光的性质，具有波动性，有一定的波长和频率。 其波长与粒子质量和运行速度的关系： λ= h/mv = h/p （2-1） λ:wavelength of the electron p:momentum h: Planck’s constant,6.67×10-34 此时，微观粒子显示出波动性，粒子性不显著；有时显示出粒子性，波动性不显著。如电子衍射时显示出电子的波动性；而电子与电子或其他粒子碰撞时则表现出电子的粒子性。 电子运动速度与电场强度的关系 如果电子在电场V的作用下加速运动，它的动能等于电场对它做的功，即 mv2/2 = eV m,e 是电子的质量和电荷 v 是电子的速度， V 是加速电压。 所以 v = (2eV/m) 1/2 （2-2） 由2-1和2-2可得到 (2-3) M0 电子的静止质量 9.11×10-31Kg V 是电子的速度， c 是光速 3.0×108 m/s? 。 ①???? 若电子速度较低，则其质量和静止质量相近，即m = m0 , 则， ????? ②???? 若加速电压很高，使电子具有极高速度，则经过相对论修正，有 在加速电压为V的电场作用下，一个静止的电子所获得的动能等于电子的总能量mc2与静止能量m0c2之差,即 eV = mc2 - m0c2 将上两式合并，在结合德布罗意公式可得 综上所述： 1. 提高加速电压，缩短电子波长，提高电镜分辨率； 2. 加速电压越高，对试样的穿透能力越大，可放宽对样品 的减薄要求。 3. 如用更厚样品，更接近样品实际情况。 4. 电子波长与可见光相比，相差105量级。 2.2 磁透镜的工作原理 可见光用玻璃透镜聚焦。 电子束在旋转对称的静电场或磁场中可起到聚焦的作用。电子束的聚焦装置是电子透镜。相应的分为：静电透镜和磁透镜。 静电透镜中强的静电场往往导致镜体中发生电击穿和弧光放电，因而目前电镜中很少使用。 １．电磁透镜的聚焦原理 透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像的装置是电磁透镜。电磁透镜实质是一个通电的短线圈，它能造成一种轴对称的分布磁场。正电荷在磁场中运动时，受到磁场的作用力，即洛仑磁力。 对正电荷在磁场中运动时受到磁场的作用力为： ???????????????????????????????????????????? 式中， q-运动正电荷 ????? v-正电荷运动速度 ?? ???B-正电荷所在位置磁感应强度，与磁场强度H的关系：B = mH F力的方向垂直于电荷运动速度和磁感应强度所决定的平面，按矢量叉积V×B的右手法则来确定。 对电子而言，其带负电荷，F方向由B×V决定，其运动方式有如下几种情形： 1. V//B，Fe = 0, 电子在磁场中不受磁场力，运动速度大小和方向不变； 2. V┴B，Fe = Fmax，电子在与磁场垂直的平面内作匀速