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透射电子显微镜(TEM)分析技术在纺织化学与染整工

程中的应用

摘要：透射电子显微镜的分辨率为0.1~0.2nm，放大倍数高达为几万~百万倍，

适用于观察超微结构，可以同时提供形貌、成分、结构信息，非常适宜于对纤维

细微结构、织物整理效果等方面的研究。文中主要针对TEM分析技术在纺织化

学与染整工程领域中国内外的应用现状，围绕TEM观察纤维的微细结构、纳米颗

粒在溶剂中的分散性能、改性纤维素的表征等方面进行了阐述。此外，文章也对

TEM在其他领域的必威体育精装版应用和进展进行简单介绍。

关键词：透射电子显微镜纺织化学与染整应用

1.TEM的原理

电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，都是利用凸透镜的放大成像

原理，将人眼不能分辨的微小物体放大到人眼能分辨的尺寸，其主要是增大近处

微小物体对眼睛的张角（视角大的物体在视网膜上成像大）。所不同的是前者用

电子束作光源，用电磁场作透镜。目前，主流的透射电镜镜筒是电子枪室和由

【1】

6~8级成像透镜以及观察室等组成。阴丝在灯丝加热电流作用下发射电子束，

该电子束在阳极加速高压的加速下向下高速运动，经过第一聚光镜和第二聚光镜

的会聚作用使电子束聚焦在样品上，透过样品的电子束再经过物镜、第一中间镜、

第二中间镜和投影镜四级放大后在荧光屏上成像。即上一透镜（如物镜）的像就

是下一透镜（如中间镜）成像时的物，也就是说，上一透镜的像平面就是下一透

[2]

镜的物平面，这样才能保证经过连续放大的最终像是一个清晰的像。电镜总的

放大倍数是这四级放大透镜各级放大倍数的乘机，因此透射电镜有着更高的放大

范围（200~1000000倍）。

由于电子束在外部磁场或电场的作用下可以发生弯曲，形成类似于可见光通过

玻璃时的折射现象，所以我们就可以利用这一物理效应制造出电子束的“透镜”，

从而开发出电子显微镜。而作为透射电子显微镜(TEM)其特点在于我们是利用透

过样品的电子束来成像，这一点有别于扫描电子显微镜(SEM)【3】

2.TEM分析技术在纺织化学与染整工程中的应用

2.1透射电子显微镜研究聚丙烯睛纤维的微观结构和缺陷

【4】

曾汉民等用透射电子显微镜(TEM)研究了湿纺法所制得的高度取向的PAN

纤维织态结构内部的细节特征及其缺陷。研究结果表明,这种湿纺法高倍拉伸的

PAN纤维具有沿轴向取向和相互纠缠的原纤维和空穴所构成的较疏松的织态结

构。从纤维疏松织态结构的横切面中,可看到大小不同的原纤维和空穴的断面形

态。这种PAN纤维经过适当的热松弛后,可使纤维的织态结构更致密,从而使纤

维的性能有所改善。此外,TEM可观察到,纤维存有直径大小不均,表面不光滑或

内部杂质,织态结构不均及各种裂缝等内部缺陷,这些均有待进一步改进。

2.2耗牛绒漂白工艺优化和黑色素颗粒分解机理的研究

闫克路【5】采用中心旋转组合设计的实验方案,预报了经催化剂预媒处理后耗

牛绒漂白的最佳工艺条件;同时采用透射电子显微镜观察的方法,研究了耗牛绒

中黑色素颗粒的形状、大小和分解机理,比较了经不同化学处理后黑色素颗粒的

分解状况。

2.3木棉纤维的微细结构研究——胞壁层次结构与原纤尺度

肖红等【6】人通过对木棉纤维横截面超薄切片的透射电镜观察,获得了木棉纤

维的胞壁层次结构、原纤尺度及排列。木棉纤维横截面最小结构单元宽度为

3.2~5.0nm,与棉纤维基原纤尺寸相当。实验证明,碱液对木棉纤维的可及性存在

显著的个体差异;对于同一纤维胞壁各层的溶胀也存在差异。其中W2是最易被溶

胀的;内皮层的原纤容易被分离出来。而未经溶胀处理的木棉纤维电镜照片反差

弱,层次结构不够细致。

2.4青海藏羊毛、半细羊毛纤维微结构的研究

李多荣、闫风菊等【7】人通过SEM、TEM试验的方法，对青海藏羊毛、半细羊

毛纤维表面鳞片、鳞片层、正副皮质区域进行了测试，并对鳞片细胞和皮质之间

的细胞膜复合物进行了初步探讨。

2.5MicrovoidsinBombyxmorisilk.Anelectronmicroscopestudy.

RuthMRobson【8】通过透射电镜观察硫化银染色后的蚕丝纤维的微孔的大小和

分布。硫化银沉积的空隙和