透射电镜的应用

透射电镜的应用通过物镜以后，经人为地选择不同操作方式所经历的不同成像过 程。在研究工作中，它们相辅相成，互为补充，在不同层次上，为人们提 供不同尺寸的结构信息，而不是互相排斥。由于图像上不同区域间存在明暗程度的差别即衬度的存在，才使得我 们能观察到各种具体的图像。只有了解像衬度的形成机理，才能对各种具 体的图像给予正确解释，这是进行材料电子显微分析的前提。甚小，透射 波振幅基本上及入射波振幅相同，非弹性散射可忽略不计，散射波振幅、 电子受到散射后的能量损失（1020eV）和散射角（4lOrad）均很小，散射 电子差不多都能通过光阑而相干成像。如果物镜没有像差，并处于正焦状态，透射波及散射波相干结果产生 合成波，合成波振幅及透射波振幅相同或相接近，只有相位稍许不同。由 于两者振幅接近，强度差很小，所以不能形成像衬度。如果设法引入附加 的相位差，使所产生的衍射波及透射波处于相等的或相反的相位位置，也 就是说，让衍射波沿轴向右或向左移动，这样，透射波及衍射波相干就会 导致振幅增加或减少，从而使像强度发生变化，相位衬度得到了显示。综上所述，三种衬度的不同形成机制，反映了电子束及试样物质原子 交互作用后离开下表面的电子波，通过物镜以后，经人为地选择不同操作 方式所经历的不同成像过程。在研究工作中，它们相辅相成，互为补充， 在不同层次上，为人们提供不同尺寸的结构信息，而不是互相排斥。透射电镜的应用作为电镜主要性能指标的分辨率已由当初的约50nm提高到今天的0.10. 2nm的水平，它的应用几乎已扩展到包括材料科学、地质矿物和 其他固体科学以及生命科学在内的所有科学领域，已经成为人类探索客观 物质世界微观结构奥秘的强有力的手段。现代自然科学领域的所有重大成 就，几乎都包含着电子显微技术的贡献。表面形貌观察由于电子束穿透样品的能力低，因此要求所观察的样品非常薄，对于 透射电镜常用75200kV加速电压来说，样品厚度控制在100200nm。复 型技术是制备这种薄样品的方法之一，而用来制备复型的材料常选用塑料 和真空蒸发沉积碳膜，它们都是非晶体。复型技术只能对样品表面形貌进 行复制，不能揭示晶体内部组织结构等信息，受复型材料本身尺寸的限制， 电镜的高分辨本领不能得到充分发挥，萃取复型虽然能对萃取物相作结构 分析，但对基体组织仍然是表面形貌的复制。而由金属材料本身制成的金 属薄膜样品则可以最有效地发挥电镜的极限分辨本领；能够观察和研究金属及其合金的内部结构和晶体缺陷，成像及电子衍 射的研究，把形貌信息及结构信息联系起来；能够进行动态观察，研究在 温度改变的情况下相变的形核长大过程，以及位错等晶体缺陷在应力下的 运动及交互作用。复型技术和薄膜样品的形貌观察。纳米材料分析现在纳米材料（陶瓷、金属及有机物）、纳米粉体、介孑L材料、纳米 涂层、碳纳米管、薄膜材料、半导体芯片线宽测量等领域已得到了广泛应用。即使一般材料 研究，要得到更多显微结构信息的高分辨率照片，也需要场发射TEM。晶体缺陷分析Al： 0,/SiC陶瓷中纳米SiC对基体A1, 0,的强化作用体现在：(1) 固定晶界(A, B),控制晶体异常增大，并使晶界中液相强度增加；(2)钉 扎位错强化基体(c, D),复合陶瓷内裂纹传播的透射电子显微像和高分辨 透射电子显微像，裂纹沿箭头所示的晶界和界面行进。从图431b可以 看到在沿箭头行进的裂纹的前端的Si, N。晶粒内有晶格变形，这些形变 导致能量损失，使复合陶瓷增韧。