电子显微镜
光学显微镜和电子显微镜的区别
光学显微镜和电子显微镜的区别光学显微镜和电子显微镜在许多方面都有显著的区别。
下面将从定义、工作原理、分辨率、应用领域和局限性五个方面来详细讨论这两种显微镜的区别。
一、定义光学显微镜：光学显微镜是一种利用可见光和光学透镜成像的显微观察工具，其放大倍数一般在20到2000倍之间。
电子显微镜：电子显微镜（通常简称为电镜）是一种利用电子束和电磁透镜成像的显微观察工具，其放大倍数一般在数千到数十万倍之间。
二、工作原理光学显微镜：光学显微镜的工作原理主要是基于凸透镜的成像原理。
光线通过显微镜的镜头后，由凸透镜将光线聚焦并形成物体的放大图像。
电子显微镜：电子显微镜则是利用电子枪发射电子束打到样品上，然后通过电磁透镜将电子束聚焦并形成物体的放大图像。
由于电子的波长比光子短，因此电子显微镜能够获得比光学显微镜更高的分辨率。
三、分辨率光学显微镜：由于可见光的波长限制，光学显微镜的分辨率受到限制，通常最大分辨率约为0.2微米。
电子显微镜：由于电子的波长比光子短，因此电子显微镜具有更高的分辨率。
在最佳条件下，现代电子显微镜的分辨率可以低于0.1纳米。
四、应用领域光学显微镜：光学显微镜在许多领域都有广泛的应用，如生物学、医学、地质学、化学等。
例如，生物学家可以用光学显微镜观察细胞结构，医学工作者可以用它观察病理切片。
电子显微镜：电子显微镜主要用于观察微小的物体结构，如材料科学中的晶体结构、生物学中的病毒和细菌等。
此外，电子显微镜还可以用于观察样品的内部结构，这是光学显微镜无法做到的。
五、局限性光学显微镜：虽然光学显微镜具有广泛的应用，但在观察微小物体或高分辨率成像时可能会受到限制。
此外，由于可见光的限制，光学显微镜无法观察到某些非透明样品。
电子显微镜：虽然电子显微镜具有很高的分辨率，但它需要非常昂贵的设备和专业的操作技能。
此外，由于电子束对样品的穿透能力有限，因此在对厚样品进行成像时可能会受到限制。
同时，由于电子显微镜需要真空环境工作，因此对于某些需要在自然环境条件下观察的样品（如生物活体）可能不太适用。
电子显微镜技术
电子显微镜技术电子显微镜（electron microscope）是一种重要的科学仪器，通过利用电子束而非光来观察被观察物体的细节和结构。
它在物理学、生物学、材料科学等领域起到了至关重要的作用。
本文将介绍电子显微镜的原理、分类以及在科学研究和工业中的应用。
一、电子显微镜的原理电子显微镜采用了不同于光学显微镜的物理原理。
光学显微镜利用可见光波长进行观察，限制了最小可见物体的分辨率。
而电子显微镜则通过使用电子束（一种具有较小波长）的技术，克服了光学显微镜的限制。
典型的电子显微镜由电子镜枪、导向系统、对象台和检测系统等部分组成。
电子镜枪产生高能电子束，导向系统将电子束引导到对象台上的待观察样本上。
样本与电子束发生相互作用，产生的信号经过检测系统转化为图像，供研究者观察和分析。
二、电子显微镜的分类根据电子束的发射方式，电子显微镜分为传统电子显微镜和扫描电子显微镜两种类型。
传统电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）使用薄片样本，电子束穿过样本后被空气或真空中的荧光屏捕获，得到二维的透射电子图像。
这种电子显微镜常用于观察极小物体的内部结构，例如纳米级的生物分子、晶体的结构等。
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）则通过对样本表面扫描，采集样本表面与电子束相互作用反射的电子，生成三维图像。
这种电子显微镜在观察表面形貌和分析样本的成分和表面纹理方面有着很大的优势。
三、电子显微镜的应用电子显微镜技术在许多领域都得到了广泛应用。
在科学研究领域，电子显微镜为研究者们提供了观察微观世界的工具。
例如在物理学中，科学家们利用电子显微镜来研究材料的结构和成分，用于分析材料的导电性、磁性等特性。
生物学家则利用电子显微镜观察细胞、细胞器官、蛋白质等微观生物结构，从而深入研究生物的基本组成和功能。
在工业领域，电子显微镜技术被广泛应用于材料科学和质量控制等领域。
电子显微镜和原子力显微镜
电子显微镜和原子力显微镜是现代科技领域的两个重要成果。
它们在原子级别的物体探测方面发挥了重要作用，为科学家探索和认识新材料、生物、化学和物理学提供了强有力的工具。
本文将介绍的工作原理、优缺点以及在科学发展中的应用。
一、电子显微镜电子显微镜（electron microscope）是一种利用电子束成像的显微镜。
它的工作原理是将电子束聚焦在一个物体上，通过物质与电子发生相互作用，产生散射和吸收，然后将反射电子信号转换成图像显示出来。
电子显微镜分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种类型。
透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）适用于研究纳米和分子级别的物质结构。
它的分辨率可以达到Å级别，可以看到原子层面上的结构。
透射电子显微镜的缺点是需要样品切片，并且操作和维护成本较高。
扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）适用于研究表面形貌和构造。
它可以通过扫描电子束扫描样品表面，得到表面形貌的图像。
扫描电子显微镜的分辨率约为几纳米到十几纳米，比透射电子显微镜低一些。
扫描电子显微镜不需要样品切片，操作维护相对便宜。
电子显微镜在材料科学、生物学、纳米技术、化学等领域都有广泛的应用。
它可以用来观察材料的微观结构、研究细胞和分子结构、分析材料成分和颗粒大小等。
二、原子力显微镜原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）是一种利用原子力成像的显微镜。
它的工作原理是利用探针扫描样品表面，探针尖端会产生原子力，这个力与样品表面的形态密切相关，被探测器检测到后被转化为图像。
原子力显微镜的分辨率可达到分子和原子级别，比透射电子显微镜高。
原子力显微镜有两种类型，即接触式原子力显微镜和无接触式原子力显微镜。
接触式原子力显微镜适用于测量比较硬的材料，如金属和半导体。
无接触式原子力显微镜适用于测量比较柔软和薄的材料，如生物大分子和薄膜。
电子显微镜原理
电子显微镜原理电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）是一种利用电子束来进行观察样本的显微镜。
相比于光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数，能够观察到更小的细胞和更细微的结构。
电子显微镜的工作原理基于电子的波粒二象性。
根据德布罗意关系，电子具有与它们的动量和速度相对应的特定波长。
当电子通过透明的样本之后，会与样本中的原子和分子相互作用，造成电子的散射、折射和吸收。
通过探测被收集的电子信号的变化，可以获取样本的信息。
电子显微镜主要由电子光源、准直系统、样品室、显微镜筒和检测系统等组成。
电子光源产生高速电子束，准直系统通过狭缝和透镜来准直电子束并聚焦到样品上。
样品室内放置待观察的样本。
电子束与样本相互作用后会产生各种电子信号，这些信号被收集并转换为图像。
显微镜筒内有一系列电子镜头，用于进一步放大和聚焦电子图像。
最后，检测系统记录和显示被收集的电子信号，生成高清晰度的图像。
电子显微镜可以通过改变电子束的特性（如能量、强度等）以及各种显微镜筒中的镜头，来实现不同的观察模式和成像模式。
常见的电子显微镜包括传统的透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）。
TEM主要用于观察样品的内部结构，而SEM则更适合观察样品表面的形貌和表征。
总之，电子显微镜以电子束代替光束，利用电子与样品相互作用所产生的信号进行观察和成像。
这一原理使得电子显微镜在生物学、材料科学、纳米技术等领域得到广泛应用。
电子显微镜的原理与应用
电子显微镜的原理与应用电子显微镜（Electron Microscope）是一种基于电子束原理的先进显微技术，其原理和应用领域广泛且具有重要意义。
本文将对电子显微镜的原理与应用进行讨论，探究其在科学研究、工业制造等领域的重要性和效果。
一、电子显微镜的原理电子显微镜的工作原理是利用电子束来替代光束，这样可以克服普通光学显微镜的分辨率限制。
电子束的波长要比可见光短得多，从而极大地提高了显微镜的分辨率。
电子显微镜主要包括电子光源、样品支持系统、探测系统和影像处理系统。
1. 电子光源电子光源是电子显微镜最重要的组成部分，通常采用热阴极电子枪。
在电子枪内部，电热阴极加热产生电子，并通过高电压加速，形成高速的电子束。
2. 样品支持系统样品支持系统用于固定和定位待观察的样品，通常使用金属或碳薄膜作为基底。
样品支持系统需要在真空环境下进行，以防止电子束的散射和衰减。
3. 探测系统探测系统主要包括透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。
透射电子显微镜通过样品内部的透射电子进行成像，可以观察到物质的原子结构。
扫描电子显微镜则通过扫描电子束在样品表面的反射产生图像。
4. 影像处理系统影像处理系统用于处理电子显微镜所获得的图像，提取和增强所需信息。
常见的处理方法包括滤波、增强、对比度调整等。
二、电子显微镜的应用电子显微镜在各个领域都有广泛的应用，尤其在材料科学、生命科学和纳米技术等领域表现出色。
1. 材料科学电子显微镜可以观察材料的微观结构和组成，帮助研究人员理解材料的性质和行为。
特别是在纳米材料研究中，电子显微镜能够观察到纳米尺度的结构，对纳米材料的合成和性能研究起到关键作用。
2. 生命科学电子显微镜对于生命科学领域的研究也具有重要价值。
透射电子显微镜可以观察到生物分子和细胞内部的结构，帮助科学家了解细胞的功能和机制。
扫描电子显微镜可以用于观察生物表面的形态和结构，并提供更高分辨率的图像。
3. 纳米技术随着纳米技术的发展，电子显微镜在纳米加工和纳米制备领域起到了关键作用。
电子显微镜
透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚 焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上。 中间镜主要通过对励磁电流的调节，放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍；改变中间镜的焦距，即可在同 一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像。
因此，透射电子显微镜突破了光学显微镜分辨率低的限制，成为了诊断疑难肿瘤的一种新的工具。有研究报 道，无色素性肿瘤、嗜酸细胞瘤、肌原性肿瘤、软组织腺泡状肉瘤及神经内分泌肿瘤这些在光镜很难明确诊断的 肿瘤，利用电镜可以明确诊断电镜主要是通过对超微结构的精细观察，寻找组织细胞的分化标记，确诊和鉴别相 应的肿瘤类型。细胞凋亡与肿瘤有着密切的关系，电镜对细胞凋亡的研究起着重要的作用，因此利用电镜观察细 胞的超微结构病理变化和细胞凋亡情况，将为肿瘤的诊断和治疗提供科学依据。
电子显微镜
光学仪器Βιβλιοθήκη 01 组成03 参数 05 缺点
目录
02 种类 04 样本处理 06 应用
基本信息
电子显微镜，简称电镜，英文名Electron Microscope（简称EM），经过五十多年的发展已成为现代科学技 术中不可缺少的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，光学显微镜的分辨率为0.2μm，透射电子显微镜 的分辨率为0.2nm，也就是说透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。
生物学
在分子生物学、分子遗传学及遗传工程方面的研究；昆虫分类的研究：人工合成蛋白质方面的研究以及对各 种细菌；病毒、噬菌体等微生物的研究 。
电子显微镜实验报告
一、实验名称电子显微镜技术二、实验目的1. 了解扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的基本原理和结构。
2. 掌握电子显微镜的样品制备和操作方法。
3. 通过观察样品的微观结构，了解材料的形貌、内部组织结构和晶体缺陷。
三、实验仪器1. 扫描电子显微镜（SEM）：型号为Hitachi S-4800。
2. 透射电子显微镜（TEM）：型号为Hitachi H-7650。
3. 样品制备设备：离子溅射仪、真空镀膜机、切割机、研磨机等。
四、实验内容1. 扫描电子显微镜（SEM）实验（1）样品制备：将待观察的样品切割成薄片，用离子溅射仪去除表面污染层，然后用真空镀膜机镀上一层金属膜，以增强样品的导电性。
（2）操作步骤：① 开启扫描电子显微镜，调整真空度至10-6Pa。
② 将样品放置在样品台上，调整样品位置，使其位于物镜中心。
③ 设置合适的加速电压和束流，调整聚焦和偏转电压，使样品清晰成像。
④ 观察样品的表面形貌，记录图像。
（3）结果分析：通过观察样品的表面形貌，了解材料的微观结构，如晶粒大小、组织结构、缺陷等。
2. 透射电子显微镜（TEM）实验（1）样品制备：将待观察的样品切割成薄片，用离子溅射仪去除表面污染层，然后用真空镀膜机镀上一层金属膜，以增强样品的导电性。
（2）操作步骤：① 开启透射电子显微镜，调整真空度至10-7Pa。
② 将样品放置在样品台上，调整样品位置，使其位于物镜中心。
③ 设置合适的加速电压和束流，调整聚焦和偏转电压，使样品清晰成像。
④ 观察样品的内部结构，记录图像。
（3）结果分析：通过观察样品的内部结构，了解材料的微观结构，如晶粒大小、组织结构、缺陷等。
五、实验结果与讨论1. 扫描电子显微镜（SEM）实验结果：通过观察样品的表面形貌，发现样品表面存在大量晶粒，晶粒大小不一，且存在一定的组织结构。
在样品表面还观察到一些缺陷，如裂纹、孔洞等。
2. 透射电子显微镜（TEM）实验结果：通过观察样品的内部结构，发现样品内部晶粒较小，且存在一定的组织结构。
电子显微镜的原理
电子显微镜的原理电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察物质微观结构的高分辨率显微镜。
它的原理是利用电子的波粒二象性，将电子束聚焦到极小的尺寸，通过与物质相互作用产生的散射、透射等现象来获取样品的显微图像。
相比光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数，可以观察到更小尺度的物质结构。
首先，电子显微镜的基本原理是利用电子的波动性。
电子具有波粒二象性，当电子穿过物质时，会产生散射现象，这种散射现象包括弹性散射和不弹性散射。
通过观察这些散射现象，可以获取有关样品内部结构的信息。
其次，电子显微镜利用电子的波动性来实现高分辨率成像。
电子波的波长远小于可见光波长，因此电子显微镜具有比光学显微镜更高的分辨率。
在电子显微镜中，通过使用透射电子束，可以观察到物质的原子尺度结构，这是光学显微镜无法做到的。
另外，电子显微镜的成像原理是利用透射电子束与样品相互作用产生的信号。
当电子束穿过样品时，部分电子被样品原子散射，部分电子穿过样品并被收集到后面的探测器上。
通过测量这些透射电子的位置和能量，可以获得样品的显微图像。
此外，电子显微镜还可以通过控制电子束的聚焦和偏转来实现对样品的成像。
通过调节电子透镜的参数，可以使电子束聚焦到极小的尺寸，从而获得更高的分辨率。
同时，通过控制电子束的偏转，可以对样品进行扫描成像，获取样品的全景图像。
最后，电子显微镜的原理还包括对透射电子的探测和信号处理。
在电子显微镜中，透射电子被探测器捕获后，会产生电子图像信号。
这些信号经过放大、增强和数字化处理后，可以呈现在显示屏上，供用户观察和分析。
总的来说，电子显微镜的原理是利用电子的波动性和与物质相互作用产生的散射、透射现象来获取样品的显微图像。
通过对电子束的控制和信号处理，可以实现对样品的高分辨率成像。
电子显微镜在材料科学、生物学、纳米技术等领域具有重要应用，为人们深入了解物质微观结构提供了强大的工具。
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透射电镜
2010年中国第一届电子显微镜摄影 大赛摄影展
一等奖： 照片名称：“绽放在纳米世界的火红玫瑰”
2 扫描电子显微镜
• 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopes）是继透射电镜之后发展起来 的一种电镜。与之不同的是，SEM是聚焦 电子束在试样表面逐点扫描成像，试样为 块状或粉末颗粒，成像信号为二次电子、 背散射电子或吸收电子。
电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9nm)。 可以用来观察很多在可见光下看不见的物体,例如病 毒。
1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电 子显微镜(SEM)。
Charles Oatley
电子显微镜下的蚊子
俄歇能谱 俄歇电子
SEM 入射电子 背散射电子 SEM 二次电子
2.2 扫描电子显微镜成像原理
• 二次电子成像 由电子枪发射的能量为5~35keV的电 由电子枪发射的能量为 的电 以其交叉斑作为电子源， 子，以其交叉斑作为电子源，经聚焦缩小 后形成具有一定能量、 后形成具有一定能量、强度和直径的微细 电子束， 电子束，在扫描线圈驱动下在试样表面做 栅网式扫描。 栅网式扫描。电子束与试样作用产生的二 次电子的量随试样表面形貌而变， 次电子的量随试样表面形貌而变，二次电 子信号被探测器收集转换成电讯号，经处 子信号被探测器收集转换成电讯号， 理后得到反应试样表面形貌的二次电子像。 理后得到反应试样表面形貌的二次电子像。
2.1扫描电镜基本构造
由电子枪发射的能量为5~35keV 由电子枪发射的能量为 的电子，以其交叉斑作为电子源， 的电子，以其交叉斑作为电子源， 经聚焦缩小后形成具有一定能量、 经聚焦缩小后形成具有一定能量、 强度和直径的微细电子束， 强度和直径的微细电子束，在扫 描线圈驱动下在试样表面做栅网 描线圈驱动下在试样表面做栅网 式扫描。 式扫描。电子束与试样作用产生 的二次电子的量随试样表面形貌 而变，其产额正比于1/cosθ，二次 而变，其产额正比于 ， 电子信号被探测器收集转换成电 讯号， 讯号，经处理后得到反应试样表 面形貌的二次电子像。 面形貌的二次电子像。
• 背散射电子成像原理 入射电子与样品接触时，其中一部分几 乎不损失能量地在样品表面被弹性散射回来， 这部分电子被称为背散射电子 （Backscattered Electron）。 背散射电子的产额随样品的原子序数的 增大而增加，因此成像可以反映样品的元素 分布，及不同相成分区域的轮廓。
BESEM
2.3 环境扫描电镜
• 理想中的SEM分析 保持样品原有形态； 得到样品真实的表面形貌； 最简单的处理方法； 实时观察样品的变化过程。 • 传统扫描电子显微镜 高真空下观察； 样品表面具有较好的导电性； 样品干燥
• FEI/飞利浦新推出的Quanta系列扫描电子 显微镜 三种真空操作模式： 高真空，低真空，环境真空 专利技术： 压差光栅：电子枪/镜筒高真空，样品 室低真空；透光但不透气； 导电性：样品室内气体的有限电离， 消除电荷积累。 与场发射扫描电镜相比，分辨率较低。
二次电子发射强度与入射角的关系
图（a）为电子束垂直入射，（b）为倾斜入射。图(c)为入 二次电子从样品中出射距离的关系。二次电子能量低， 二次电子从样品中出射距离的关系。二次电子能量低，从样品表 面逸出的深度为5nm－10nm。如果产生二次电子的深度为 ，逸 面逸出的深度为 － 。如果产生二次电子的深度为x， 出表面的最短距离则为x 角的x 出表面的最短距离则为 cosθ（图c），显然，大θ角的 cosθ小， （ ） 显然， 角的 小 会有更多的二次电子逸出表面。观察比较平坦的样品表面时， 会有更多的二次电子逸出表面。观察比较平坦的样品表面时，如 果倾斜一定的角度，会得到更好的二次电子图像衬度。 果倾斜一定的角度，会得到更好的二次电子图像衬度。
电镜技术及其应用简介
1. 扫描电镜的产生
• 材料性质的决定因素 成分 类型 工艺 组织 结构 形貌
XRD，TEM SEM
1938年，德国 工程师Max Knoll和 Ernst Ruska制造出 了世界上第一台透射 电子显微镜(TEM)。
Max Knoll(1897-1969) Ernst Ruska(1906-1988)
阴极发光 X射线 射线
样 品
能谱/波谱 能谱 波谱 TEM
透射电子
电子显微镜
• 电子显微镜(Electron Microscopes) 利用电磁场偏着电子束、聚焦电子束 及电子与物质作用原理来研究物质构造及 微细结构的精密仪器。 用电子光学仪器研究物质组织、结构、 成分的技术称为电子显微术。
1、透射电镜
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopes， TEM）——是一种高分辨率，高放大倍数的显微镜，是观察和分 析材料的形貌，组织和结构的有效工具。它用聚焦电子束作为照 明源，使用对电子束透明的薄膜试样（几十到几百nm），以透射 电子为成像信号。 原理：电子枪产生的电子束经1~2级聚光镜会聚后均匀照射到 试样上的某一待观察微小区域小，入射电子与试样物质相互作用， 由于试样很薄，绝大部分电子穿透试样，其强度分布与所观察试 样区的形貌、组织、结构一一对应。投射出试样的电子经物镜、 中间镜、投影镜的三级磁透镜放大投射在观察图形的荧光屏上， 荧光屏吧电子强度分布转化为人眼可见的光强分布，于是在荧光 屏上显出与试样形貌、组织、结构相应的图像。
FEI/飞利浦新推出的Quanta系列扫描电子显微镜
样品室
ESEM