透射电镜分析
透射电镜的成像特点及应用
透射电镜的成像特点及应用透射电镜是一种能够通过物质内部的电子束传输信息的仪器。
它利用电磁透镜来聚焦电子束，将其投射到待观察样品上，然后通过收集样品透射的电子来形成图像。
透射电镜的成像特点及其应用如下：1. 高分辨率：透射电镜的分辨率通常可以达到亚埃（10-4毫米）甚至更高水平。
与光学显微镜相比，透射电镜可以显示出更细小的细节，使得我们能够观察到更微观的组织结构和物质的粒子。
2. 高放大倍率：由于透射电镜的高分辨率，它能够实现非常高的放大倍率，通常可以达到100万倍以上。
这使得我们能够更深入地研究和观察样品的微观结构和形态。
3. 内部结构观察：透射电镜可以穿透物质的表面，观察并分析样品内部的结构。
这种能力对于研究材料科学、生物学和纳米技术等领域非常重要，因为只有透过表面，我们才能真正观察到物质的内部组织和结构。
4. 原子级分辨率：透射电镜能够提供原子级甚至亚原子级的分辨率，使得我们能够观察到原子之间的相互作用、晶格缺陷以及纳米材料等微观结构。
这对于研究物质性质、材料物理和材料化学具有重要意义。
5. 惰性观察：透射电镜可以在真空或惰性气体环境中工作，从而避免了电子束与空气中的气体分子发生相互作用，保持样品的原始性质。
这对于观察和研究空气中不稳定的物质或易受氧化的物质非常重要。
透射电镜的应用范围非常广泛，以下是一些典型的应用领域：1. 材料科学：透射电镜可以观察和研究材料的晶体结构、相互作用和缺陷等特性。
它在材料科学领域的应用包括纳米材料研究、金属合金的结构分析、材料的电子结构分析等。
2. 生物学：透射电镜在生物学研究中广泛用于观察和分析生物细胞、组织和病毒等的结构和形态。
它可以帮助我们研究细胞的超微结构、蛋白质的空间结构、细胞分裂过程等。
3. 纳米技术：透射电镜对于纳米技术的研究和应用至关重要。
它可以观察和研究纳米材料的结构、性质和相互作用，从而帮助我们设计和制造具有特殊性能的纳米材料和纳米器件。
4. 矿物学和地球科学：透射电镜在矿物学和地球科学中有着广泛的应用。
透射电镜(TEM)原理详解
• 除了电磁波谱外, 在物质波中, 电子波不仅具有短波长, 而且存在使之发生折射聚焦的物质。所以电子波可以作为 照明光源, 由此形成电子显微镜。
图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)
高压系统
真空系统
操作控制系统
观察和记录系统
阴极透电射子电枪镜来, 获通得常工电采作子用原束热 理
作为照明源。 热阴极发射的电子, 在
阳极加速电压的作用下, 高速穿过阳极孔, 然后被 聚光镜会聚成具有一定直 径的束斑照到样品上。
具有一定能量的电子束 与样品发生作用, 产生反 映样品微区厚度、平均原
量决定于衬度
B
A
（像中各部分
的亮度差异）。
现在讨论的
这种差异是由
于相邻部位原
子对入射电子
散射能力不同, Aˊ
因而通过物镜
光阑参与成像
质厚衬度表达式 令N1为A区样品单位面积参与成像
的电子数，N2为B区样品单位面积参
与成像的电子数，则A.B两区的电子
衬G将度上GN式为1N展1N成2 级 1数，ex并p略N A去 二0M2级22及t2 其
• 正确分析透射电子像，需要了解图象衬度与以上这 些反映材料特征信息之间的关系。
• 透射电子像中，有三种衬度形成机制: • 质厚衬度 • 衍射衬度 • 相位衬度
透射经电典镜像理衬论形成认原为理(散一)射质是厚衬度
供入观察射形貌电结子构的在复型靶样物品和质非晶粒态物质样品的衬度是质厚衬度
1子转.原场。子中可核受采和力用核而散外发 射电生截子偏面对入射电子的散射
透射电镜的原理和应用
透射电镜的原理和应用透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种使用电子束来对物质进行成像和分析的先进仪器。
相对于光学显微镜，透射电镜的分辨率更高，可以观察到更小尺寸的物体和更细微的细节。
下文将详细介绍透射电镜的原理和应用。
一、原理透射电镜的工作原理基于电子的波粒二象性。
当高速电子束穿过薄样品时，电子与样品原子发生散射或透射，这些散射和透射电子可以通过其中一种方式被聚焦后投射到屏幕上形成影像。
透射电镜的主要组成部分包括电子源、电子透镜系统、样品台、检测器和成像系统。
2.电子透镜系统：透射电镜中使用的电子透镜系统包括凸透镜、凹透镜和电磁透镜等，用于聚焦和控制电子束的路径。
3.样品台：样品台用于固定和支持待观察的样品。
在样品台上放置薄到几十纳米的切片样品，以便电子束能够透过。
4.检测器：透射电镜中常用的检测器包括透射电子探测器（TED）、散射电子探测器（SED）和能量散射光谱仪（EDS）等。
TED用于接收透射电子并产生明亮的影像，SED用于检测和分析散射电子的信息，EDS用于分析样品中的元素组成。
5.成像系统：透射电镜的成像系统包括投影屏幕、摄像机和电子显微图像处理设备。
通过调整电子透镜系统，可以将电子束上的信息转换成实时图像并显示在投影屏幕上。
二、应用透射电镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有广泛的应用。
以下是透射电镜的几个主要应用。
1.结构表征：透射电镜可以用于观察材料的结构和形貌。
它能够提供高分辨率的图像，揭示物质的晶体结构、晶体缺陷、晶界和相界等微观结构信息。
2.成分分析：透射电镜结合能量散射光谱仪（EDS）可以分析样品中元素的组成。
EDS通过测量样品上散射电子的能量，确定样品中元素的成分和含量。
3.纳米材料研究：透射电镜可以研究和制备纳米尺寸的材料。
通过观察和测量纳米材料的形貌、尺寸和结构，可以了解纳米材料的特性和性能，并指导纳米材料的设计和合成。
透射电镜分析
透射电镜分析透射电镜是一种常用的材料表征技术，广泛应用于材料科学、生物医学和纳米技术领域。
透射电镜通过电子束的透射来观察样品的内部结构和成分。
本文将介绍透射电镜的原理、仪器结构、操作流程以及在材料科学领域的应用。
透射电镜利用高能电子束穿透样品，通过电子束与样品相互作用的方式，获取样品的内部信息。
与光学显微镜不同，透射电镜具有更高的空间分辨率，可以观察到更细小的结构细节。
同时，透射电镜具有较高的成分分辨率，可以确定材料的化学组成。
透射电镜主要由电子源、透镜系统、样品台和检测器组成。
电子源产生高能电子束，透镜系统对电子束进行聚焦和调节，样品台用于支撑样品并调节其位置，检测器用于接收透射电子并将其转化为图像信号。
在进行透射电镜观察时，首先需要制备适合的样品。
通常，样品要求薄至几个纳米至几十纳米的厚度，以保证电子束的穿透能力。
其次，样品需要通过切片技术制备成透明薄片或通过离子薄化技术获得适当厚度的样品。
制备好的样品被放置在透射电镜的样品台上，并进行位置调节以获得最佳的观察效果。
在透射电镜观察中，可以使用不同的探测模式来获取样品的信息。
例如，原子级分辨透射电镜（HRTEM）可以获得材料的晶体结构信息，高角度透射电子显微镜（HAADF-STEM）可以获得材料的成分信息。
透射电子衍射（TED）可以用于分析晶体的结晶方式和晶格参数。
透射电镜在材料科学领域有着广泛的应用。
首先，透射电镜可以用于研究材料的微观结构和相变行为。
例如，通过观察材料的晶体结构和缺陷，可以了解材料的力学性能和导电性能。
其次，透射电镜可以用于研究材料的纳米结构和纳米尺度现象。
由于透射电镜具有很高的分辨率，可以观察到纳米颗粒、纳米线和二维材料等纳米结构的形貌和性质。
此外，透射电镜还可以用于观察生物样品的超微结构，为生物学研究提供重要的信息。
总之，透射电镜是一种强大的材料表征技术，具有高分辨率和高成分分辨率的优势。
它在材料科学、生物医学和纳米技术等领域发挥着重要作用。
透射电镜成像分析
萃取复型和粉末样品
• 萃取复型最常见的两种是： • 碳萃取复型 • 火棉胶-碳二次萃取复型
3.4.2 质厚衬度原理
质厚衬度的前提：
非晶体试样中原子对入射电子的散射 和电镜小孔径角成像（依靠衬度光阑）
试样各部分对电子束散射本领的不同， 经衬度光阑的作用后，在荧光屏上产生了 放大的强度不一的像。
3.4.2 质厚衬 度原理
光最终减薄
3.4.1 薄膜样品的制备
材料
溶液配方
备注
铁和钢 铁和钢
30%HNO3+15%HCl+10% 热溶液 HF+45%H2O
33%H3PO4+40%H2O2
60C
铁和钢 35%HNO3+65%H2O
热溶液
3.4.1 薄膜样品的制备
• 非金属薄膜样品的制备：
• 复型：将试样表面组织浮雕复制到一种
• 若以未发生强烈衍射的A晶粒亮度IA作为 图像的背景强度I，则B晶粒的像衬度为：
•
（I/I）=（IA-IB）/I0 Ihkl /I0
• 让透射束通过物镜光阑而把衍射束挡
掉得到图像衬度的方法-明场像（BF）
3.4.3 衍衬成像原理
• 若将光阑孔套住hkl而把透射束 挡掉，就可以得到---暗场像 （DF）
• 当电子束穿过晶体薄膜时，严格满足布拉格 条件的晶面产生强衍射束，不严格满足布拉 格条件的晶面产生弱衍射束，不满足布拉格 条件的晶面不产生衍射束。
3.4.3 衍衬成像原理
• 假设薄膜只有两颗位向不同的
入射束I0
晶粒A和B
• 在入射电子束的照射下，B晶 样品 粒的某（hkl）晶面组恰好与入 物镜
B
•
IAI0 因为与B晶粒不同位向的A晶
透射电镜分析2篇
透射电镜分析2篇透射电镜分析透射电镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种利用电子束穿透样品、形成高分辨率像的仪器。
透射电镜具有分辨率高、分析深度深等优点，广泛应用于材料科学、生物学、地质学等领域。
本文以钢材为例，介绍透射电镜分析的原理和应用。
一、透射电镜分析原理透射电镜主要由透镜系统、电子源、样品台以及检测器等组成。
电子源发射出高能电子，经过透镜系统聚焦后，穿过样品，并在检测器上生成像。
由于电子具有波粒二象性，与样品发生相互作用后，会引发散射、吸收等过程。
因此，透射电镜分析中，需要调节电子束的能量和入射角度，以及选择合适的检测器，以获取有效信息。
二、钢材透射电镜分析应用钢材是工业制造中普遍使用的材料。
透射电镜能够分析钢材的晶体构造、氧化物析出、退火过程、金相组织等，为钢材加工和使用提供技术依据。
1. 晶体构造分析钢材的性能与晶体构造密切相关，透射电镜能够分析钢材的晶体结构，揭示晶体缺陷、晶界和孪晶等信息，并提供优化加工工艺的依据。
例如，通过透射电镜可以观察到晶体缺陷的生成和扩展过程，阐明连接和交错位错的形成机制。
2. 氧化物析出分析在钢材生产过程中，氧化物析出是一个普遍存在的问题。
它会导致钢材的强度和耐蚀性下降。
透射电镜能够直接观察和分析钢材中氧化物的生长、分布和形态等，为加强防腐蚀表面处理提供基础信息。
3. 退火过程分析退火是钢材制备中一个重要的热处理过程。
透射电镜可用于观察不同温度、时间和冷却速率下钢材的相变行为和晶体结构演变过程，并为优化退火工艺提供指导意见。
4. 金相组织分析透射电镜配合金相显微技术，可以分析钢材的成分、晶体结构和相变等特征，并结合金相图给出合理的金相组织模型。
这为钢材制备和应用提供基础性研究信息。
三、结语透射电镜是一种高精度的分析仪器，广泛应用于材料、生物和化学等领域。
钢材作为重要的工业材料之一，透射电镜可以分析其结构、化学成分、晶体结构和相变过程等，并为钢铁制备的研究和工作提供了重要的技术基础。
《透射电镜成像分析》课件
人工智能与图像解析
总结词
透射电镜结合人工智能技术进行图像解析是 未来的发展趋势，能够提高图像解析的准确 性和效率，为科学研究提供更可靠的数据支 持。
详细描述
透射电镜获取的图像数据量庞大，人工解析 效率低下且容易出错。结合人工智能技术进 行图像解析可以提高准确性和效率，为科学 研究提供更可靠的数据支持。同时，人工智 能技术还可以用于图像识别、模式匹配等方 面，有助于科学家们更好地理解和分析透射 电镜的图像数据。
基于一系列连续的二维图像，通过图像配准和三维插值等技术， 重建出物体的三维结构。
投影与表面重建
通过透射电镜的投影数据，利用表面重建算法，得到物体的表面几 何形态。
立体视觉与深度恢复
利用双目或多目视觉原理，恢复出物体的深度信息，实现三维场景 的重建。
图像数据库与信息管理技术
图像数据存储
采用高效的数据存储方式，如分布式存储或云存储， 确保大量图像数据的可靠存储。
06
透射电镜的未来发展与挑战
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
高分辨成像技术
总结词
透射电镜的高分辨成像技术是未来发展的重要方向，能够揭示更细微的结构和分子排列，为科学研究提供更深入 的观察和分析。
详细描述
随着材料科学、生物学等领域的不断发展，对高分辨成像技术的需求越来越迫切。透射电镜的高分辨成像技术能 够捕捉到更细微的结构和分子排列，为科学家们提供更深入的观察和分析，有助于揭示物质内部的奥秘和规律。
数据索引与检索
建立图像数据的索引机制，提供快速的图像检索功能 ，便于用户快速查找所需数据。
数据安全与隐私保护
采用加密和安全传输等技术，确保图像数据的安全性 和隐私保护。
透射电镜实验报告
透射电镜实验报告引言：透射电镜是一种重要的实验工具，广泛应用于物理、化学、材料科学等学科领域。
它能够通过透射电子束观察样品的原子结构和晶体缺陷，为科学研究提供了重要的帮助。
在本次实验中，我们将学习如何使用透射电镜，并通过观察和分析样品的透射电子图像，探索材料的微观结构。
实验目的：1. 了解透射电镜的工作原理和操作方法。
2. 观察和分析不同材料的透射电子图像，研究其晶体结构和缺陷。
实验步骤：1. 准备样品：选择一块具有明确结构的金属样品作为实验对象，将其切成薄片，并对其表面进行必要的清洁处理。
2. 将样品粘贴到透射电镜样品支架上，注意调整样品的位置和角度，使得透射电子束可以完全穿过样品。
3. 打开透射电镜的电源，调节加速电压和透镜参数，使得透射电子束的能量和取向适合观察样品的微观结构。
4. 通过透射电镜的控制台，调整透射电镜的对焦和对准，使得透射电子束能够在样品上形成清晰的投影。
5. 使用透射电镜的摄像设备，观察和记录样品的透射电子图像。
实验结果：在本次实验中，我们观察了两种不同结构的金属样品的透射电子图像，并进行了分析。
第一种样品是单晶金属。
通过透射电子图像，我们发现在样品中存在着明确的晶体结构，不仅可以看到晶体的外形，还能够观察到晶体内部的定向排列和晶格缺陷。
通过对晶格缺陷的分析，我们可以得出有关材料强度和磁性等性质的结论。
第二种样品是多晶金属。
与单晶金属不同，多晶金属样品的透射电子图像呈现出许多颗粒状的结构，这些结构对应着不同方向的晶体。
通过观察这些颗粒状结构的分布和排列，我们能够得出多晶材料的晶粒大小和定向度等信息。
讨论和结论：透射电镜实验的结果验证了该仪器在材料科学研究中的重要性。
通过观察和分析样品的透射电子图像，我们能够深入了解材料的微观结构、晶格缺陷以及其他重要的物理性质。
这对于材料的设计、改进和性能评估具有重要的意义。
然而，在实验中也存在一些限制。
首先，透射电子图像的分辨率受到透射电镜本身的限制，这限制了我们对晶体结构的详细观察。
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即
r R MiM p
其中，M
i为中间镜放大倍数；M
为投影镜放大倍数
p
电子显微镜中的电子衍射
所以 其中
Rd L L f1M iM p
rd f1
r R MiM p
即为电子显微镜的有效相机长度，称
L 为电子显微镜的有效相机常数
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
★单晶体衍射花样 其特征是衍射斑点规则排列。在衍射斑
单晶电子衍射花样的标定方法
1．尝试-校核法
单晶花样指数化方法
由照片的负片描制的花样示意及其 指数化(相机常数K＝1.41 mm•nm)
单晶电子衍射花样的标定方法
(1) 选择靠近中心斑点而且不在一条直线上的几个 斑点A、B、C、D。测量R值分别为
RA=7.1 mm，RB＝10.0 mm RC＝12.3 mm，RD＝21.5 mm； R矢量之间夹角的测量值为： RA与RB约90º，RA与RC约55º，RA与RD约71º。
[001]
[011]
[111]
[012]
单晶电子衍射花样的标定方法
在标定衍射花样时，尝试-校核法具有普遍性，它不仅适用 于立方晶系的晶体，而且适用于任何晶系的晶体，但是它的计 算量大，比较繁琐，标准花样对照法就弥补了这一缺点。但是 一般书中只给出少数几个结构类型的、有限的几个低指数晶带 的标准花样，往往不能满足实际研究的需要；而要作出不同结 构类型的不同晶带的标准花样，就需要花费大量的时间。因此， 对于这两种方法存在的问题，借助电子计算机是最好的解决方 法。
的计算为试样至底片的距离，而应根据后 焦面上衍射斑点被放大的倍数，折算成衍
射仪相机长度，成为有效相机长度L′.
电子显微镜中的电子衍射
令图中O′P′距离为r,则
r f1tg 2 2 f1 sin
再利用布拉格公 式，得到
rd f1
电子显微镜中的电子衍射
r 经过中间镜和投影镜放大后在底片上的距离 R为
u:v:w = k1 l1 : l1 h1 : h1 k1 k2 l2 l2 h2 h2 k2
单晶电子衍射花样的标定方法
2．标准花样对照法
如果我们预先画出各种晶体点阵主要晶带的倒易平面，以此作 为不同入射条件下的标准花样，则实际观察、记录的衍射花样 可以直接通过与标准花样对照，写出斑点指数和晶带轴方向。 一般书中给出面心立方、体心立方和密排六方晶体的几个主要 低指数的零层倒易平面，但在实际研究中常常出现其他晶带指 数的衍射花样，这时掌握标准花样的作图方法就显得尤为重要。
点花样中最基本的是简单电子衍射花样— 单晶带电子衍射花样，它是通过倒易点阵 原点的一个二维倒易面的放大像
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定 其中各衍射斑点对应的倒易点指数如下图
单晶电子衍射花样的标定方法
电子衍射花样的许多几何特征都可借助倒易点阵平 面加以说明，利用其性质可使单晶花样分析工作大为 简化。
从衍射几何方面的分析可 获得大量的晶体学信息， 本部分重点讨论衍射斑点 的形成原理与其物理意义。
电子衍射与电子衍射仪
★薄晶体的电子衍射特征：
⑴厄瓦尔球半径比倒易矢量大几十 倍 ⑵衍射角很小，衍射线集中在前方
⑶倒易点被拉长为倒易杆，倒易杆 方向垂直于薄膜厚度 ★以上三个原因决定使得电子束相对 晶体任何取向，在倒易原点附近都 会有许多倒易杆与球面接触或交截， 从而可以得到许多衍射线。衍射线 的方向为连接球心和倒易杆与球的 交点，如图所示
(110)，(101)，(011)，(110 ) ，(101)， (011)， (110) ，(101) ，(011) ，(110)，(101) ，(011) 。
可以任选一指数，这样就有12种选法。
单晶电子衍射花样的标定方法
（4）按矢量运算求出C和D的指数：
RC＝RA＋RB 因为：hC＝hA＋hB，kC＝kA＋kB，lC＝lA+lB 所以可求得C和D。
透射电子显微镜
电子束与物质的相互作用
X 射线 轫致辐射 阴极发光 俄歇电子
电子 探针
入 射 电 子 束
样品
透射电子
二次电子 反射电子 吸收电子
衍射电子
扫描 电镜
俄歇电 子谱仪
透射 电镜
透射电子显微镜的主要功能
成像： 明场像，暗0
Bulk materials Coatings 1 Coatings 2
relative intensity(cps)
220 311 222
400 420
331
422
20
40
60
80
100
2
X射线衍射
多晶电子衍射 单晶电子衍射
电子衍射花样的分析包括两个方面：
1）衍射几何：电子束经晶体散射后所产生的干涉 线或斑点的位置；
2）衍射强度：即电子束经晶体散射后所产生的干 涉线或斑点的强度。
七种晶系衍射 斑点排布方式
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
★简单电子衍射花样的指数标定 1.立方系单晶体已知物质的衍射指数标定
⑴指数直接标定法 需要知道仪器常数和晶体的点阵常数。 以衍射晶体铝为例
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
单晶电子衍射花样的标定方法
（2）求R2比值，找出最接近的整数比，由此确定各斑点所属的衍射晶面族。
RA2
:
RB2
:
RC2
:
R
2 D
2
:
4:
6
:18
这是体心立方结构的N值。当然也可写成1:2:3:9作为简单立方结构的比值，
这是在指数化过程中经常遇到的情况。
（3） 尝试斑点的指数，最短矢量的A斑点对应的晶面族{110}共有12个晶 面(包括正反符号)：
相机长度
R tg2 2
L
2d sin 2d
R tg2 L
R
Ld
d L
R
(a)第一幅衍射花样的形成和 选区电子衍射原理
(b)三透镜衍射方式原理图 （不考虑磁转角）
电子显微镜中的电子衍射
★有效相机常数 电镜中的衍射花样是物镜后焦面的衍射斑 点经过几级透镜放大后在底片上成的像，
则相机长度L不能象电子衍射仪那样简单
（5）对求出的指数继续用N和 校核
NC
hC2
k
2 C
，lC2 与实际R2比值所得N值相比较；并对斑
点指数化是否自洽进行检验。
单晶电子衍射花样的标定方法
（6）求晶带轴[uvw]。 在电子衍射分析中，可用两个不共线的斑点(h1k1l1)和 (h2k2l2)求出晶带轴方向。由晶带定律，用行列式表示：