透射电子显微镜课件.pptx

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1、透射电子显微镜（transmissionelectronmicroscopy，TEM）阿贝（ErnstAbbe）最先提出，物体的成像分辨率受限于所用光波的波长，因此光学显微镜的成像极限约为几个微米。蔡斯光学的两位科学家AugustKöhler和MoritzvonRohr领导了紫外光显微镜的研发，这将显微镜的分辨率提高了2个数量级，但是所使用的石英光学组件极其昂贵。因此，当时人们认为，由于上述限制条件，获取亚微米级图像信息几乎是不可能的。1858年，德国的数学物理学家普吕克（JuliusPlücker）最早认识到“阴极射线”可以被磁场偏转。德国物理学家布劳恩（KarlFerdin

2、andBraun，发明家。因改进和发展了无线电技术，1909年与马可尼分享诺贝尔物理学奖）1897年，布劳恩利用“阴极射线”的偏转效应制造了第一台示波器（cathoderayoscilloscopes，CROs）。1891年，Riecke就指出阴极射线可以被这些磁场进行聚焦，从而进行简单的透镜设计。1926年，HansBusch进一步发展了Riecke的理论，在适当的假设之下，将透镜制造者方程（Lensmaker‘sequation）应用于电子。1928年，柏林技术大学从事高压电技术和电气设备研究的AdolfMatthias教授指派MaxKnoll领导一个研究团队，进行CRO的

3、改进工作。该团队中有几个博士研究生，包括ErnstRuska和BonovonBorries。他们在改进CROs的设计参数的同时，研发了一类电子光学组件，可以产生低放大倍数（几乎是1:1）的图像。1931年，该研究小组成功获得了置于阳极上的筛网的放大图像，他们使用了两个磁透镜以获取较高的放大倍数，这被认为是第一台电子显微镜。同年，西门子公司科学部主任ReinholdRudenberg建造了一台以静电透镜为基础的电子显微镜。ErnstAugustFriedrichRuska(1906–1988)，德国物理学家，1986年诺贝尔物理学奖获得者。Sketchoffirstelectro

4、nmicroscope,originallyfromRuska'snotebookin1931,capableofonly16timesmagnificationThefirstpracticalTEM,OriginallyinstalledatI.GFarben-WerkeandnowondisplayattheDeutschesMuseuminMunich,Germany早在1927年，德布罗意就提出了“波粒二像性”假说，指出电子具有波动性。但是，Ruska所在的研究小组直到1932年才了解到这一学说，他们立刻认识到既然电子的德布罗意波长要比光波长小许多数量级，理论上是可以

5、用来产生原子级的图像的。1932年4月，Ruska提议组建一台新的电子显微镜，并对插入显微镜之中的样品进行直接成像，而不是对简单的筛网或孔阑成像。该装置很快就成功获得了铝片的衍射图样和常规影像，但是却无法确认获得了超过光学显微镜的放大倍数。直到1933年9月，该研究小组设法在电子束破坏样品前，手疾眼快地获取到了棉花纤维的图像，才证明了这一点。光学显微镜下的彩色棉纤维伤口上的纱布，凝结了红血球的棉纤维通过微波加热并以热液合成法制得的氧化锌微粒弯曲测试后的钢铁表面§1电子光学基础1、光学显微镜的分辨率分辨本领：物体上能分辨出来的两个点间的最小距离，光学显微镜的分辨本领为其中λ为照明

6、光源的波长。在可见光波长范围内，光学显微镜的分辨本领极限为200nm。2、电子波的波长电子显微镜的照明光源是电子波。电子波的波长取决于电子的运动速度和质量电子的运动速度v与加速电压U之间的关系为由此得到加速电压/kV电子波长/10－1nm加速电压/kV电子波长/10－1nm10.388400.060120.274500.053630.224600.048740.194800.041850.1731000.0370100.1222000.0251200.08595000.0142300.069810000.0087可见光波长范围：390~760nm3、电磁透镜磁透镜一开始就是一组

7、线圈，据说ErnstRuska发现加一个铁套磁场更稳定，后来又发现铁套上开一个小孔，小孔上面加对称的两对小凸起，磁场能更强更均匀，聚焦能力更好。这个凸起的部分称为“极靴（polepiece）”，是为了造成局部的强磁场，因为退磁场的缘故，“磁荷”倾向于在大曲率的地方集中。极靴的主要作用是“引导”磁场。比较理想的物镜需要磁场强，并且厚度薄，这两个要求很难兼顾。极靴用软磁材料做成，起到束缚磁力线的作用，但是如果没有开口，磁力线都在极靴内部，那就不能作为透镜使用。所以要开口。开口之后，磁力线在开口出