材料现代分析测试方法-电子显微分析

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1、第三章透射电子显微镜分析§3.1概述一、光学显微镜的局限性O1O2dLB2B1d强度D由于光的衍射，光学显微镜其最大的分辨能力为对于可见光的波长在390~770nm之间，n值最大只能达到1.5~1.6，可得光学显微镜其最大的分辨能力为0.2m利用紫外线，强烈地吸收；γ射线、X射线没有办法使其聚焦于是，人们用很长时间寻找波长短，又能聚焦成像的光波。§3.1概述一、光学显微镜的局限性γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波二、电子的波动性及波长1897年，Thomson发现了电子。1925年，DeB

2、roglie提出物质波的假设，即电子具有微粒性，也具有波动性。1927年，ThompsonandReid进行了电子衍射实验。§3.1概述二、电子的波动性及波长根据DeBroglie物质波的假设，电子波长为。电子衍射实验。考虑相对论效应U=100kV时，＝0.00386nm§3.1概述二、电子的波动性及波长1926年，Busch提出了用轴对称的电场和磁场对电子束进行聚集，发展成电磁透镜．1931-1933年，Ruska等设计并制造了第一台电子显微镜．经过50-60年的发展，目前，电镜的分辨率达到Å数量级，放大倍

3、数达数百万倍．§3.3透射电镜的构造与工作原理光源中间象物镜试样聚光镜目镜毛玻璃电子枪聚光镜（电磁透镜）试样物镜中间象投影镜观察屏照相底板照相底板光学显微镜电子显微镜一、电子抢及电磁透镜§3.3透射电镜的构造与工作原理电子枪聚光镜（电磁透镜）试样物镜中间象投影镜观察屏照相底板电子显微镜一、电子抢及电磁透镜阴极（接负高压）控制极（比阴极负100～1000伏）阳极电子束聚光镜试样照明部分示意图1.电子抢照明系统成像系统记录系统§3.3透射电镜的构造与工作原理电子枪聚光镜（电磁透镜）试样物镜中间象投影镜观察屏照相底板

4、电子显微镜一、电子抢及电磁透镜2.电磁透镜(1)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。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，受到洛仑磁力的作用即。§3.3透射电镜的构造与工作原理电子枪聚光镜（电磁透镜）试样物镜中间象投影镜观察屏照相底板电子显微镜一、电子抢及电磁透镜2.电磁透镜(1)原理§3.3透射电镜的构造与工作原理2、电磁透镜（2）电磁透镜特点：①能使电子偏转会聚成像，不能加速电子；②总是会聚透镜；③改变线圈中的电流强度可很方便地控制焦距和放大率焦

5、距、放大倍数连续可调。（3）电磁透镜的光学性质电磁透镜物距、像距和焦距三者间的关系与光学玻璃透镜相似，满足牛顿透镜方程u-物距；v-像距；f-焦距ufv§3.3透射电镜的构造与工作原理2、电磁透镜（3）电磁透镜的光学性质电磁透镜具有光学凸透镜的特点，它们物距、像距和焦距三者间的关系相似，满足牛顿透镜方程u-物距；v-像距；f-焦距放大倍数为：ufv（4）电磁透镜的像差与分辩率§3.3透射电镜的构造与工作原理2、电磁透镜（4）电磁透镜的像差与分辩率根据瑞利判据，电磁透镜的分辩率为：但是，实际上目前的透射电镜远远达

6、不到理论水平，如，H-800，200kV时分辩率只有0.45nm，因为电磁透镜也存在像差。§3.3透射电镜的构造与工作原理2、电磁透镜1）球差球差是由于电子透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。远轴的电子通过透镜后折射得比近轴电子要厉害得多，以致两者不交在一点上，结果在象平面成了一个半径为Rs漫散圆斑，折算到物平面上，得定义－－球差－－球差系数，一般～f（1~3mm）－－孔径半角物平面上两点距离小于时，则该透镜不能分辨§3.3透射电镜的构造与工作原理2、电磁透镜3）像散磁场不对称时，就出现象差。

7、可能是由于极靴被污染，或极靴的机械不对称性，或极靴材料各项磁导率差异引起。有的方向电子束的折射比别的方向强，如图所示，这样，圆形物点的象就变成了椭圆形的漫散圆斑，其平均半径为RA，折算到物平面上，得定义－－像散－－像散系数，电磁透镜出现椭圆度时造成的焦距差－－孔径半角物平面上两点距离小于时，则该透镜不能分辨，可以采用消散器来消除强焦平面透镜平面物光轴弱焦平面像平面I像平面II2RA散焦斑§3.3透射电镜的构造与工作原理2、电磁透镜2）色差电子的能量不同，从而波长不一造成的。电子透镜的焦距随着电子能量而改变，因此

8、，能量不同的电子束将沿不同的轨迹运动。产生的漫散圆斑还原到物平面，其半径为定义－－色差－－色差系数－－孔径半角稳定加速电压来减少色差能量高电子透镜平面物光轴像平面I像平面II2Rc散焦斑能量低电子－－能量变化率在电磁透镜中，球差对分辨率的影响最为重要，因为没有一种简便的方法使其矫正过来。而其他像差在设计和制造时，采取适当的措施是可以消除的。PayAttention!2、电磁透镜§3.3