透射电子显微镜课件.ppt

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1、第六章透射电子显微镜6-1透射电子显微镜的结构与成像原理6-2透射电子显微镜主要部件的结构与工作原理6-3透射电子显微镜分辨本领和放大倍数的测定6-1透射电子显微镜的结构与成像原理透射电子显微镜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。它由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。构成照明系统成像系统观察记录系统电子光学系统通常称镜筒，是透射电子显微镜的核心，它的光路原理与透射光学显微镜十分相似，如右图示。1.1照明系统提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、

2、束流稳定的照明源。为满足明场和暗场成像需要，照明束可在2-3º范围内倾斜。作用构成电子枪聚光镜平移对中、倾斜调节装置＋＋电子枪电子枪是透射电子显微镜的电子源。常用的是热阴极三极电子枪，它由发夹形钨丝阴极、栅极帽和阳极组成，如下图所示。负的高压直接加在栅极上，而阴极和负高压之间因加上了一个偏压电阻，使栅极和阴极之间有一个数百伏的电位差。当阴极流向阳极的电子数量加大时，在偏压电阻两端的电位值增加，使栅极电位比阴极进一步变负、由此可以减小灯丝有效发射区域的面积，束流随之减小。若束流因某种原因而减小时，偏压电阻两端的电压随之下

3、降，致使栅极和阴极之间的电位接近。此时，栅极排斥阴极发射电子的能力减小，束流又可望上升。因此、自偏压回路可以起到限制和稳定束流的作用。反映了阴极、栅极和阳极之间的等位面分布情况。因为栅极比阴极电位值更负，所以可以用栅极来控制阴极的发射电子有效区域。由于栅极的电位比阴极负，所以自阴极端点引出的等位面在空间呈弯曲状。在阴极和阳极之间的某一地点．电子束会会集成一个交叉点，这就是通常所说的电子源。交叉点处电子束直径约几十个微米。聚光镜聚光镜用来会聚电子枪射出的电子束，以最小的损失照明样品．调节照明强度、孔径角和束斑大小。一般都

4、采用双聚光镜系统，如右图所示。第一聚光镜是强激磁透镜，束斑缩小率为10-50倍左右，将电子枪第一交叉点束斑缩小为1-5μm；而第二聚光镜是弱激磁透镜，适焦时放大倍数为2倍左右。结果在样品平面上可获得2-10μm的照明电子束斑。1.2成像系统物镜中间镜投影镜组成物镜物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透镜。透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于物镜。因为物镜的任何缺陷都将被成像系统中其它透镜进一步放大。欲获得物镜的高分辨本领，必须尽可能降低像差。通常采用强激磁、短焦距的物镜，像差小。物镜强激磁短焦距透

5、镜(f＝l-3mm)的放大倍数较高，一般为100-300倍。目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm左右。物镜的分辨率主要决定于极靴的形状和加工精度。一般来说，极靴的内孔和上下极靴之间的距离越小，物镜的分辨率就越高。为了减小物镜的球差，往往在物镜的后焦面上安放一个物镜光阑。物镜光阑不仅具有减小球差、像散和色差的作用，而且可以提高图像的衬度。此外，物镜光阑位于后焦面位置上时，可以方便地进行暗场及衍衬成像操作。在用电子显微镜进行图像分析时．物镜和样品之间的距离是固定不变的(即物距L1不变)。因此改变物镜放大倍数进行成像时．

6、主要是改变物镜的焦距和像距(即f和L2)来满足成像条件。中间镜在电镜操作过程中，主要是利用中间镜的可变倍率来控制电镜的总放大倍数。如果物镜的放大倍数M0＝100，投影镜的放大倍数Mp＝100，则中间镜放大倍数Mi＝20时，总放大倍数M＝100×20×100=200000倍。若Mi＝1，则总放大倍数为10000倍。如果Mi＝1/10，则总放大倍数仅为1000倍。中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜，可在0-20倍范围调节。当放大倍数大于1时，用来进一步放大物镜像；当放大倍数小于1时，用来缩小物镜像。如果把中间镜的物平面和物

7、镜的像平面重合，则在荧光屏上得到一幅放大像，这就是电子显微镜中的成像操作，如右图(a)所示；如果把中间镜的物平面和物镜的背焦面重合，则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样，这就是透射电子显微镜中的电子衍射操作，如右图(b)所示。投影镜投影镜的激磁电流是固定的，因为成像电子束进入投影镜时孔径角很小(约10-5rad)．因此它的景深和焦长都非常大。即使改变中间镜的放大倍数，使显微镜的总放大倍数有很大的变化，也不会影响图像的清晰度。有时，中间镜的像平面还会出现一定的位移，由于这个位移距离仍处于投影镜的景深范围之内．因此，在荧光屏上

8、的图像依旧是清晰的。作用把经中间镜放大(或缩小)的像(或电子衍射花样)进一步放大，并投影到荧光屏上，和物镜一样，是一个短焦距的强磁透镜。高性能的透射电子显微镜大都采用5级透镜放大，即中间镜和投影镜有两级：第一中间镜和第二中间镜，第—投影镜和第二投影镜(下图)。1.3观察记录系统观察和记录装置包括荧光屏照相机构采用在暗室操作情况下人