透射电镜原理.ppt

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1、透射电子显微镜（TEM）2013化学萃英班肖俊钊周旭峰胡静远周洋透射电镜简介概念：透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscope，TEM）是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。简史：1933年，德国科学家卢斯卡（Ruska）和克诺尔（Knoll）研制出了世界上第一台透射电镜，到今天，透射电镜已经诞生了70多年，由电镜应用而形成的交叉性学科——电子显微学已经日趋完善，电镜的分辨能力也比最初时提高了超过100倍，达到了亚埃级，并且在自然

2、科学研究中起到日益重要的作用。1.1概念及简史1.2.1自然光与电子束的波长可见光的波长在390～760nm电子波长：取V=100kV，理论得到电子波长为0.0037nm1.2分辨率：为什么采用电子束做为光源?1.2.2显微镜的分辨率通常人眼的分辨本领大概是0.2mm（即人眼可分辨的两点间最小距离为0.2mm）显微镜可分辨的两点间的最小距离，即为显微镜的分辨率λ是照明束波长，α是透镜孔径半角，n是物方介质折射率，n·sinα或N·A称为数值孔径。采用物镜的孔径角接近90度考虑采用可见光波长极限390nm的光束照明显微

3、镜系统，可得d约为200nm对于TEM在100kV加速电压下，波长0.0037nm，d约为0.002nm，目前电子显微镜达不到其理论极限分辨率，最小分辨率达到0.1nm1.2.3有效放大倍数光学显微镜必须提供足够的放大倍数，把它能分辨的最小距离放大到人眼能分辨的程度。相应的放大倍数叫做有效放大倍数，它可由下式来确定：光学显微镜的有效放大倍数透射电镜的有效放大倍数由上面公式可以直接得出，光学显微镜的有效放大倍数远小于透射电镜。电子图像的放大倍数为物镜、中间镜和投影镜的放大倍数之乘积，即M=M.Mr.Mp。透射电子显微镜

4、（简称透射电镜，TEM）可以以几种不同的形式出现：高分辨透镜（HRTEM）：JEM2100，点分辨率：0.23nm，晶格分辨率：0.14nm，最小束斑尺寸0.5nm透射扫描电镜（STEM）:利用磁透镜将电子束聚焦到样品表面并在样品表面快速扫描，通过电子穿透样品成像，既有透射电子显微镜功能，又有扫描电子显微镜功能的一种显微镜。分析型电镜(AEM):JEM2010HF，点分辨率:0.25nm,晶格分辨率:0.19nm,最小束斑尺寸1.5nm1.3分类按加速电压分类：<200KV为低压透射电镜加速电压200~400KV为高

5、压透射电镜>400KV为超高压透射电镜按照明系统分类：普通透射电镜和场发射透射电镜按成像系统分类：低分辨率透镜和高分辨率透镜JEM-2100透射电镜外观图分析型透射电子显微镜基本构造及各部分结构原理基本构造及各部分结构原理基本构造图1.透射电镜电子光学部分基本构造示意图电子光学部分照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。它的作用：为成像系统提供一束亮度高、相干性好的照明光源；选择照明方式（明场或暗场成像）。图2.照明系统结构示意图照明系统电子枪电子枪灯丝加热电路flashing电路W/LaB6灯丝栅极阳极发射体第一阳极第二

6、阳极热电子发射ThermalElectronGun场发射FieldEmissionGun图3.电子枪工作原理图聚光镜聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强度、孔径角和束斑大小。一般采用双聚光镜系统。图4.聚光镜示意图为了调整束斑大小还在第二聚光镜下装一个聚光镜光阑。为了减小像散，在第二聚光镜下还要装一个消像散器，以校正磁场成轴对称性的误差。样品室样品室中有样品杆、样品环及样品台。其位于照明部分和物镜之间，其中样品台的作用是承载样品，并使样品能在物镜极靴孔内平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣的样品区域或位向进行

7、观察分析。成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成。透射电镜分辨率的高低主要取决于物镜。物镜：放大倍数100—300倍。作用：形成第一幅放大像中间镜：放大倍数0—20倍作用：a.控制电镜总放大倍数。b.成像/衍射模式选择。投影镜：进一步放大中间镜的像该系统由荧光屏、照相机和数据显示等组成。这部分的主要作用是提供获取信息，一般由荧光屏，照相机，数据显示等组成。图像观察和记录系统图5.分析电镜图像观察与记录系统结构示意图透射电镜成像原理透射电镜由于入射电子透射试样后，将与试样内部原子发生相互作用，从而改变其能量及运动方向。

8、显然，不同结构有不同的相互作用。这样，就可以根据透射电子图象所获得的信息来了解试样内部的结构。特点：在有形貌像的基础上，进行微区成分和结构分析成像过程透镜的成像过程一般可分为两个过程：①第一个过程是平行电子束遭到物的散射作用而分散成各级衍射谱，即由物变换到衍射谱的过程；②第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新在像平面上汇聚成诸像点，即由衍射重新变换