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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,8-1 透射电子显微镜的结构与成像原理,8-2 主要部件的结构与工作原理,8-3 透射电子显微镜分辨本领和放大倍数测定,第八章 透射电子显微镜,本章重点：,1 TEM与光学透镜的异同。,2 电子光学系统的构造及各部分的功能。,3 如何实现成像操作和衍射操作?,4 TEM中主要光阑的位置和作用。,5 成像系统中各透镜的功能。,8-1 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,，,用电磁透镜来聚焦成像，,因此有很高的放大倍数（10,6,倍），高分辨率（nm）。,透射电镜（TEM）,电子光学系统（核心）,电源与控制系统,真空系统,照明系统,成像系统,观察与记录系统,TEM的结构：,TEM,电子光学系统（镜筒）,电源与控制系统,真空系统,照明系统,成像系统,观察记录系统,电子枪：TEM电子源,聚光镜,平移、对中倾斜调节装置,物镜、中间镜、投影镜,荧光屏和照相装置,一 概述,TEM,的光路成像原理,电子枪发射电子束 经聚光镜聚焦,照明样品 电子束穿过样品,在物镜的背焦面上形成衍射花样,在物镜的像平面上形成显微图像,图像被中间镜和投影镜逐步放大,在荧光屏或感光底片上成像,经物镜放大成像,图 透射显微镜构造原理和光路,b) 透射光学显微镜,a) 透射电子显微镜,镜筒内为什么保持高真空状态：, 防止高速电子受空气分子碰撞而改变运动轨迹；, 避免因空气分子电离而引起放电而破坏了电子枪电极间的绝缘；,避免阴极氧化及样品污染。,3 为什么使用电磁透镜？,使用静电透镜（用电场聚焦）需要高压，给设备的设计和操作带来不便。,故现代电镜中静电透镜只在电子枪中使用；而聚光镜、物镜、中间镜和投影镜则都采用电磁透镜（用磁场聚焦），可以通过改变激磁电流来调节透镜的聚焦能力。,4 TEM和光学透射显微镜的异同,相同点：,（1）光学成像原理相同；,（2）都能用于形貌分析。,不同点：,（1）光源不同；,（2）聚焦透镜不同；,（3）TEM中有中间镜；,（4）成像屏幕不同；,（5）,TEM镜筒中要保持高真空；,（6）放大倍数及分辨率不同；,（7）景深焦长不同。,二. 电子光学系统的结构, 照明系统,作用：,提供一束高亮度、孔径角小、平行度好、束流稳定、可平移倾斜的电子束。,电子枪,提供电子束,构成,：,聚光镜,汇聚电子束、调节束斑,调节装置（偏转器）,调节电子束,的照明角度及位置,1.电子枪,作用：,提供电子束，最常用的是热阴极电子枪,。,钨丝阴极,：发射电子,栅极,：稳定电子流,使电子汇聚成束（,50m电子源）,阳极,：加速电子,构成：,图 电子枪,(a),自偏压回路,(b),电子枪内的等电位面,聚光镜,作用：,a,把来自电子枪的发散的电子束（,50m,）聚成细束（,210m,）；,b,配合使用聚光镜光阑，可以调节照明强度、孔径角。,第一聚光镜缩小束斑（15,m,）；,第二聚光镜放大束斑（,210m,），,可得到几乎平行的照明电子束。,构成：,图 照明系统光路, 成像系统,成像系统主要由,物镜、中间镜和投影镜,构成，其作用是成像，电磁透镜和光学透镜作用相似，成像公式也相同。,物镜,a.,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；,注：,透射电镜分辨本领的高低，主要取,决于物镜。,b.物镜的特点：, 是强激磁短焦距的透镜（=13mm）；, 放大倍数较高，一般在100300倍；, 最高分辨率可达左右。,物镜的背焦面上有,物镜光阑,。,其作用：,减小球差、像散、色差；,进行暗场及衍衬成像,。,2. 中间镜,a.作用,：放大或缩小来自物镜的电子像，并且调节中间镜的位置，可以进行,成像操作,和,电子衍射操作。,如果把中间镜的,物平面和物镜的像平面重合,，则在荧光屏上得到一幅放大像,成像操作,。,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,电子衍射操作。,(图）,图 透射电镜成像系统的两种基本操作,(a)将衍射谱投影到荧光屏 (b)将显微像投影到荧光屏,b.,中间镜特点, 弱激磁长焦距；, 可变倍率，可在020倍调节（其放大倍数大于,1，放大物镜像；放大倍数小于1时，缩小物镜像）。,（ 总放大倍数为物镜、中间镜、投影镜三级放,大倍数的乘积）,3. 投影镜,作用,：把中间镜放大或缩小的像（电子衍射花样）进一步放大并投影到荧光屏；,特点,：a 强激磁短焦距；,b 孔径角很小，因此景深和焦长都非,常大。, 观察记录系统,构成,：荧光屏和照相机构。,作用,：当反映样品微观特征的电子强度分布，,由成像系统投射到荧光屏后，被转换成,与电子强度成比例的可见光图像，还可,利用照 相机构进行照相。,荧光屏有较高的分辨率，因此可用光学放大镜进一步放大。,二. 成像方式,TEM有两种基本成像模式：,衍射成像晶体结构同位分析,显微成像微观组织形貌观察,1.,显微成像,高放大倍数成像,：中间镜以物镜像为物，投影,镜又以中间镜像为物，成像于荧光屏，结果可,以获得几万至几十万放大倍数电子像。,中放大倍数成像,：利用中间镜来,缩小,物镜像，,再利用投影镜放大，中间镜像放大倍数为几千,几万倍。,低倍放大成像,:,减少透镜数目或放大倍数，例如关闭物镜，减弱中间镜的激磁强度，使中间镜起着长焦距物镜作用，投影镜以中间镜像为物，成像于荧光屏，放大倍数几百倍,。,2. 衍射成像,晶体样品通过物镜在后焦面上形成衍射像，调节中间镜焦距，,使其物平面与物镜后焦面重合，可以最终在荧光屏上形成二次放大的衍射图像,。有意义的衍射像必须明确它是来自样品那个区域的衍射波，这就是选区衍射。,8-2 主要部件的结构与工作原理,样品台,功能,：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观察分析。,（由于,TEM,样品既薄又小，厚度在,5500nm,之间，通常用外径为,3mm,的铜网来支持。）,应满足的要求, 铜网应牢固地夹持在样品座中并保持良好的,热电接触，应减小电子照射引起的热堆积和,电荷堆积，以免使样品损伤或图像漂移；, 样品台能够平移，以确保样品铜网上大部分,区域都能观察到；, 样品移动机构要有足够的精度；, 样品能相对于电子束照射方向作有目的的倾,斜，以便从不同方位获得各种形貌和晶体学,信息。,3.,常用的倾斜装置,斜插式倾斜装置（见下图）,构成,：圆柱分度盘,显示倾斜的度数,样品杆,承载样品，可旋转使样品倾斜,二. 电子束倾斜与平移装置,为了适应各种成像操作，电子束需平移和倾斜电磁偏转器可实现这种功能。,电磁偏转器由上、下偏转线圈构成,。（见下图）,平移,上偏转线圈使电子束顺时针偏转角，下偏转线圈又使电子束逆时针偏转角，结果电子束发生了平移。,倾斜,上偏转线圈使电子束顺时针偏转角，下偏转线圈使电子束逆时针偏转（+）角，结果电子束发生了倾斜，相对于原方向倾斜了角。,图 电子束平移和倾斜的原理图,(a),平移;,(b),倾斜,三. 消像散器,作用,：消除像散，也就是因磁透镜径向磁场不,均匀造成径向焦点不同的现象。消像散器,是将不均匀的磁场调整成各径向均匀的磁,场。,椭圆形磁场圆形磁场。,2.,工作原理,消像散器分为：机械式和电磁式。,在电磁透镜的外围加两对电磁体，每对电磁体均采用同极相对的安置方式，通过改变这两对电磁体的激磁强度和磁场的方向，将椭圆形磁场校正对称。,图 电磁式消像散器示意图,四. 光阑,聚光镜光阑,限制照明孔径角（第二聚光镜下方）。,物镜光阑（衬度光阑）,常安放在物镜的后焦面上。,主要作用： 减小物镜孔径角，以减小像差，获得衬度,较大的、质量较高的显微图像。,在物镜的后焦面上套取衍射束的斑点（副,焦 点）成像,获得暗场像。,3.,选区光阑（场限光阑或视场光阑）,常安放在物镜的像平面上。,主要作用： 用于选区衍射，也就是选择样品上的一个微小,的区域进行晶体结构分析，限制电子束只能通过光阑孔限定的微区成像。,图,抗,污,染,光,阑,8-3 透射电子显微镜分辨本领和放大倍数测定,点分辨本领的测定,将铂、铂,-,铱或铂,-,钯等金属或合金，用真空蒸发的方法,获得粒度为,510,埃，间距为,210,埃的粒子,，将其均匀地分布在火棉胶（或碳）支持膜上，在高放大倍数下拍摄这些粒子的像，并经光学放大（,5,倍左右），从照片上找出粒子间最小的间距，除以总放大倍数，即为相应电子显微镜的点分辨本领。,图 点分辨率的测定(真空蒸镀金颗粒),二. 晶格分辨本领的测定,利用,外延生长法制,得,定向单晶薄膜,作为标样（选取多种不同材料单晶薄膜，其晶面间距由大小各不相同），拍摄其晶格像这些晶体的晶面间距已知，将已知晶面间距的多个标样在透镜下观察，刚好能分辨清的一个样的晶面间距即为晶格分辨本领。,三. 放大倍数的测定,常用方法,：用衍射光栅复型作标样，在一定条件下（加速电压、透镜电流等），拍摄标样的放大像。从底片上测量光栅条纹像的平均间距，除以光栅实际条纹间距，即为仪器相应条件下的放大倍数。,说明,：TEM的放大倍数随样品平均高度、加速电压、透镜电流而变化。,左图为晶格分辨率测定,金,(220),(200)晶格像,下图为 1152条/mm衍射,光栅复型放大像,(a)5700倍; (b)8750倍,当对放大倍数精度要求较高时,：在样品表面上放少量尺寸均匀、并精度已知球径的塑料小球作为内标准测定放大倍数。,在高放大倍数（如10万倍以上）情况下,，用外延生长法制得的定向单晶薄膜作标样，拍摄晶格条纹像，测量像上条纹间距，计算出测量值与实际晶面间距的比值，即为放大倍数。,本 章 结 束,返回总目录,返回本章目录,
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