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透射电子显微镜实验报告--第1页
透射电子显微镜实验报告
透射电子显微镜的基本结构及成像原理认知实验
一、实验目的
1.理解透射电子显微镜(TEM:transmissionelectronmicroscope)的成像原
理。
2.观察透射电子显微镜基本部件的名称,了解其用途;
二、实验仪器
仪器:JEM-2100UHR透射电子显微镜(JEOL)
透射电子显微镜用高能电子束作为照明源。利用从样品下表面透出的电子束来成
像。原理及结构与透射式光学显微镜一样。世界第一台透射电子显微镜是德国人
鲁斯卡1936年发明的。他与发明扫描隧道显微镜的学者一起获得1982年的诺
贝尔物理奖。目前透射电子显微镜的生产厂家有日本的日立(HITACHI)、日本
电子(JEOL)、美国FEI、德国LEO。
透射电子显微镜的功能:主要应用于材料的形貌、内部组织结构和晶体缺陷的观
察;物相鉴定,包括晶胞参数的电子衍射测定;高分辨晶格和结构像观察;纳米
微粒和微区的形态、大小及化学成分的点、线和面元素定性定量和分布分析。样
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品要求为非磁性的稳定样品。可观察的试样种类:复型样品,金属薄膜和粉末试
样,玻璃薄膜和粉末试样,陶瓷薄膜和粉末试样。
三、实验内容
(一)透射电镜成像原理
透射电子显微镜电子光学系统的工作原理可以用普通光学成像原理进行描述,也
就是:平行光照射到一个光栅或周期物样上时,将产生各级衍射,在透镜的后焦
面上出现各级衍射分布,得到与光栅或周期物样结构密切相关的衍射谱;这些衍
射又作为次级波源,产生的次级波在高斯像面上发生干涉叠加,得到光栅或周期
物样倒立的实像。图1示意地画出了平行光照射到光栅后,在衍射角为θ的方向
发生的衍射以及透射光线的光路图。如果没有透镜,则这些平行的衍射光和透射
光将在无穷远处出现夫琅和费衍射花样,形成衍射斑D和透射斑T。插入透镜的
作用就是把无穷远处的夫琅和费衍射花样前移到透镜的后焦面上。后焦面上的衍
射斑(透射斑视为零级衍射斑)作为光源产生次波干涉,在透镜的像平面上出现
一个倒立的实像。如果在像平面放置一个屏幕,则可在屏幕上看到这个倒立的实
像。
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(二)透射电镜的结构
图2光学显微镜与透射电镜光路图比较
透射电子显微镜主要由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统(包括高压系
统)、附属设备系统组成。
从可见光的阿贝成像原理来看,整个成像过程需要一个光源、一个透镜、一个显
示实像的接收屏。透射电子显微镜也有类似的结构,这一部分构成了透射电镜的
主体,即电子光学系统,也称为镜筒。图2显示了光学显微镜(b)与透射电镜(a)
的光路图。透射电子显微镜与可见光显微镜的成像原理和物理过程是一样的,只
不过所用的照明光源不一样,光学显微镜使用可见光,而透射电镜使用电子束。
由于使用的光源不一样,使照明光会聚、成像
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的透镜也不同。光学显微镜一般使用光学透镜,而透射电镜必须采用电磁透镜。
电子束传播时要有大的自由程,这样才可以保证电子束在整个传播过程中只与试
样发生相互作用,而与空气分子发生碰撞的几率可以忽略,因此从电子枪至照相
底板盒整个电子通道都必须置于真空系统中,所以透射电子显微镜必须有一套真
空系统,高性能的真空系统对提高设备的性能和寿命非常重要。场发射电子枪的
出现,系统对真空度的要求越来越高,常采用机械泵、扩散泵和离子泵来获得所
需的高真空。
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