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时间:2020-10-04
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1、第七章透射电子显微镜Transmissionelectronmicroscope第一节透射电子显微镜的结构和成像原理第二节透射电镜的主要性能参数及测定第三节样品的制备第一节透射电子显微镜的结构和成像原理(a)(b)以波长极端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率、高放大倍数的电子光学仪器。由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。电子光学系统通常称镜筒,是TEM的核心,它的光路原理与透射光学显微镜十分相似。其分为三部分:照明系统、成像系统和观察记录系统。一、照明系统(1)电子枪电子枪是TEM的电子源。常用的是热阴极三极电子枪,由发夹形钨丝阴极、阳极和栅极组成。①阴
2、极,又称灯丝,一般由0.03-0.1mm钨丝作成V或Y形状。②阳极加速从阴极发射出的电子。为了操作安全,一般是阳极接地,阴极带有负高压。-50-200kV一、照明系统(1)电子枪电子枪是TEM的电子源。常用的是热阴极三极电子枪,由发夹形钨丝阴极、阳极和栅极组成。③栅极会聚电子束;控制电子束电流大小,调节像的亮度。电子枪的重要性仅次于物镜。决定像的亮度、图像稳定度和穿透样品的能力。一、照明系统(2)聚光镜作用: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。一般采用双聚光镜系统。第一聚光镜为强励磁透镜,束斑缩小率为10-50倍左右,将电子枪第一交叉点束斑缩小
3、为φ1-5μm;第二聚光镜为弱励磁透镜,适焦时放大倍数为2倍左右,结果在样品平面上可获得φ2-10μm的照明电子束斑。二、成像系统(1)物镜作用: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。TEM的分辨率主要取决于物镜通常采用强激磁,短焦距的物镜,放大倍数较高,一般为100~300倍,目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。物镜的分辨率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,物镜的分辨率越高。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。极靴:是电机磁极一个独特的结构,由软磁材料(如纯铁)制成的中心穿孔的柱体对称芯子,被称
4、为极靴。用极靴一般是为了获得较好的线性分布。成像系统由物镜、中间镜和投影镜构成。二、成像系统(2)中间镜成二次像。是一个弱励磁的长焦距变倍率透镜,0~20倍可调。利用中间透镜的可变倍率来控制电镜的总放大倍数。成像系统由物镜、中间镜和投影镜构成。二、成像系统(3)投影镜短焦距强磁透镜,最后一级放大像,最终显示到荧光屏上,称为三级放大成像。具有很大的景深和焦长。成像系统由物镜、中间镜和投影镜构成。二、成像系统样品在物镜的物平面上,物镜的像平面是中间镜的物平面,中间镜的像平面是投影镜的物平面,荧光屏在投影镜的像平面上。物镜和投影镜的放大倍数固定,通过改变中间镜的电流来调节电镜总M。M越大,成像亮
5、度越低,成像亮度与M2成反比。高性能TEM大都采用5级透镜放大,中间镜和投影镜有两级。放大成像操作:中间镜的物平面和物镜的像平面重合,荧光屏上得到放大像。电子衍射操作:中间镜的物平面和物镜的后焦面重合,得到电子衍射花样。二、成像系统高倍放大电子衍射成像系统光路三、观察记录系统观察和记录装置包括荧光屏和照相机结构。人眼无法观测电子,TEM中的电子信息通过荧光屏和照相底版转换为可观察图像。高压系统真空系统10-3Pa或10-6Pa透射电子显微镜的构成透射电子显微镜的构成观察和记录系统控制系统透射电子显微镜的构成消像散器:用来消除或减小透镜磁场的非轴对称性,把固有的椭圆形磁场校正成旋转对称磁场的
6、装置。电磁式消像散器测插式样品倾斜装置透射电子显微镜的构成TEM有三种主要光阑:聚光镜光阑(Condenserlensholder)作用:限制照明孔径角。光阑孔直径:20-400um。物镜光阑(Objectivelensholders)作用:提高像衬度;减小孔径角,从而减小像差;进行暗场成像;光阑孔径:20-120um。选区光阑(Diffractionlensholders)来限定微区,对该微区进行衍射分析;光阑孔直径:20-400um。PhilipsCM12透射电镜加速电压20、40、60、80、100、120KVLaB6或W灯丝晶格分辨率2.04Å点分辨率3.4Å最小电子束直径
7、约2nm;倾转角度α=±20度 β=±25度CEISS902电镜加速电压50、80KVW灯丝顶插式样品台能量分辨率1.5ev倾转角度α=±60度TEM的型号加速电压20、40、60、80、100、120KV晶格分辨率2.04Å点分辨率3.4Å最小电子束直径约2nm倾转角度α=±60度 β=±30度EM420透射电子显微镜TEM的型号分辨率:0.34nm加速电压:75-200K
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