透射电镜
透射电镜成像原理
透射电镜成像原理
透射电镜是一种常用的电子显微镜，用于观察和研究材料中的微观结构。
它利用电子的波粒二象性，通过透射原子层的电子来形成显微图像，具有比光学显微镜更高的分辨率。
透射电镜的成像原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 电子发射：透射电镜使用热阴极或冷阴极发射出高速电子，这些电子被加速到高能状态。
2. 透射样品：加速的电子通过一个非常薄的样品片，如薄片状的金属、陶瓷或生物组织。
样品必须具有高度透射性，以允许电子通过。
3. 散射与透射：入射电子束在样品中发生散射和透射两种现象。
散射是指电子与样品中的原子或电子相互作用，改变其运动方向，而透射是指电子穿过样品的现象。
4. 透射电子形成图像：透射电镜使用透射电子成像器件，如方形磁透镜或电磁透镜，将透射电子聚焦在屏幕或感光材料上。
根据电子的能量和散射情况，屏幕上形成亮暗不同的区域，形成图像。
透射电镜成像原理的关键在于控制电子束的发射和透射过程，以及透射电子的成像聚焦和检测。
通过调整透射电子的能量、电磁透镜的设置和样品的准备，可以获得高分辨率的电子显微图像，揭示材料的微观结构和性质。
简述透射电镜的基本结构
简述透射电镜的基本结构1 前言透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种基于电子显微学原理的高分辨率显微镜，其分辨率可达到埃级甚至亚埃级。
该仪器广泛应用于物理学、材料科学、生物学、化学等领域，可用于研究各种材料的结构、形貌、成分、晶体学及电子学性质等。
2 TEM的基本结构透射电镜主要由以下四个基本部分组成：2.1 电子枪电子枪是TEM中产生电子束的关键部件，其常见的形式是热阴极电子枪和场致发射电子枪。
热阴极电子枪通过电热效应产生电子，而场致发射电子枪则利用局部电场在钨钯合金表面产生很高的电场强度，从而剧烈地加热表面使电子逸出。
2.2 电子透镜电子透镜是将电子束汇聚并聚焦到样品上的关键部件，其构成包括透镜、准直器和物镜。
电子透镜主要有两种类型：磁透镜和电透镜。
磁透镜利用磁场对电子束进行聚焦，而电透镜则利用电场对电子束进行调制。
2.3 样品台样品台是载样架，是放置样品的位置。
样品一般为超薄切片（通常在50~100nm范围内），为了使电子穿过样品，样品台需要设计成能够调节高度和倾角的形式。
2.4 检测器检测器主要用于检测穿过样品的电子，将电子转换成电信号，并进行处理，最终得到图像。
常见的检测器有荧光屏和数字相机。
荧光屏由镁铝酸盐（MgO）和少量Eu离子组成，电子射到荧光屏上时，荧光屏中的Eu离子被激发产生荧光，荧光被放大并通过透镜投射到目镜或相机上。
数字相机则将电信号采集并转换为数字图像。
3 总结透射电镜是一种高精度、高分辨率的显微镜，其应用范围极广，可以研究材料的微观结构和性质，为材料科学、物理学、化学、生物学等领域的研究提供了强有力的手段。
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。
透射电镜的工作原理
透射电镜的工作原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察样品的微观结构的高分辨率显微镜。
与光学显微镜不同，透射电镜使用的是电子而不是可见光来照射样品，因此能够获得比光学显微镜更高的分辨率。
透射电镜的工作原理涉及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面，下面将详细介绍透射电镜的工作原理。
1. 电子的产生。
透射电镜使用的是电子束来照射样品，因此首先需要产生电子。
电子产生的常用方法是热发射和场发射。
热发射是利用热能使金属表面的电子逃逸而产生电子，而场发射则是利用电场使电子从金属表面逃逸。
在透射电镜中，通常使用的是热发射电子源，即利用钨丝或钨钢合金丝受热后发射电子。
2. 电子的聚焦。
产生的电子束需要经过一系列的聚焦系统，使其成为一个细小的束流，以便能够准确地照射到样品上。
透射电镜的聚焦系统通常包括电子透镜和磁透镜。
电子透镜利用电场来聚焦电子束，而磁透镜则利用磁场来聚焦电子束。
通过合理设计和调节，可以使电子束聚焦到非常小的尺寸，从而获得高分辨率的成像能力。
3. 电子的透射。
经过聚焦系统聚焦后的电子束将照射到样品上，这时的电子束被称为透射电子束。
透射电子束穿过样品时，会与样品中的原子和分子发生相互作用，产生散射和吸收。
透射电镜通过检测透射电子束的变化来获取样品的结构信息。
4. 成像。
透射电镜的成像原理是利用透射电子束与样品相互作用后产生的信号来获取样品的结构信息。
透射电镜通常采用透射电子显微镜来观察样品。
透射电子显微镜通过探测透射电子束的强度和位置来获得样品的结构信息，然后将这些信息转换成图像显示出来。
5. 检测。
透射电镜的检测系统通常包括电子探测器和图像处理系统。
电子探测器用于探测透射电子束的强度和位置，然后将这些信息传输给图像处理系统。
图像处理系统将探测到的信息转换成图像，并进行增强和处理，最终显示在显示屏上供用户观察。
总结来说，透射电镜的工作原理涉及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面。
透射电镜的基本原理
透射电镜的基本原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种使用电子束而非光线进行成像的仪器。
它使用高能电子束将样品穿透，然后收集透射的电子，并通过电子透射图像来获得样品的高分辨率图像。
以下是透射电镜的基本原理。
1.电子源：透射电镜中的电子通常是通过热发射或场发射从钨丝或钨尖中提取出来的。
电子源通常位于电镜的顶部，并通过加热或外加电场使电子发射。
2.加速器和减速器：电子源中产生的电子通过一个加速器进行加速，以达到高能水平。
这样可以使电子具有足够的能量穿透样品。
在穿过样品后，电子被进一步减速，以改变电子束的相对能量。
3.样品：样品通常是非晶态或晶态材料，厚度通常在几纳米到几十纳米之间。
样品先被制备成极薄切片，并被放置在透明的钢网上，并通过透射底座固定在电镜中。
4.磁透镜系统：磁透镜系统用于聚焦和定向电子束。
它可以通过控制磁铁中的磁场来控制电子束的聚焦和导向。
电镜通常包含一个物镜透镜和一个对焦透镜。
物镜透镜具有更大的聚焦能力，用于将电子束聚焦到样品上，而对焦透镜用于微调焦距。
5.透射：电子束穿过样品时会与样品中的原子和电子发生相互作用。
其中一个主要的相互作用是电子与样品中的原子核和电子发生库仑散射。
这些相互作用会使电子的能量损失，并改变电子的路径。
透射电子图像是根据这些散射事件的位置和能量损失来重建的。
6.探测器：透射电子通过样品后，会被收集并转换为可视图像。
光学系统使用透射电子图像来放大和重构样品。
最常用的探测器是闪烁屏幕和摄像机。
闪烁屏幕会发出光，而摄像机则将光转换为电信号，并将其转化为可视化的图像。
7.后处理：获得的透射电子图像可以通过计算机后处理进行增强和处理。
这些处理包括调整对比度，增强细节以及从二维图像中提取出三维信息。
透射电镜的原理允许它在纳米尺度下观察物质的结构和形貌。
与传统的光学显微镜相比，透射电镜具有更高的分辨率和更大的深度解析力。
高分辨透射电镜的原理
高分辨透射电镜的原理
高分辨透射电镜（High-ResolutionEmissionTomography,HRET）是一种高分辨率的显微成像技术，它以高分辨的电子探针（ElectronProbe）作为主要成像工具。
它可获得原子分辨率的三维图像。
与其他显微成像技术相比，HRET具有下列优点：
1.获得的图像比电子探针观察到的高一个数量级；
2.对样品无破坏性；
3.图像质量高，分辨率可达0.1纳米；
4.可获得样品表面精细结构和信息；
5.可观察样品表面或内部细微结构，且不受样品厚度限制；
6.扫描速度快，每秒可扫描数百张图片。
高分辨透射电镜的工作原理是：电子探针在透射电镜中通过电子束轰击样品时，被激发的电子或离子被偏转到样品表面的不同部位，并在这些部位产生新的电子或离子。
这些被偏转的电子或离子分别向各自相反的方向运动。
偏转后，原来被激发到样品表面的电子或离子又回到原来的位置。
这样，就可以通过扫描电镜记录下来。
—— 1 —1 —。
透射电镜(TEM)讲义
05
TEM操作与注意事项
操作步骤与技巧
01
02
03
04
准备样品
选择适当的样品，进行适当的 处理和固定，以确保观察效果 最佳。
调整仪器参数
根据观察需求，调整透射电镜 的加速电压、放大倍数等参数 ，以达到最佳观察效果。
操作步骤
按照仪器操作手册的步骤进行 操作，包括安装样品、调整焦 距、观察记录等。
技巧
定量分析方法
颗粒统计
对图像中颗粒的数量、大 小和分布进行统计，计算 颗粒的平均尺寸和粒度分 布。
电子衍射分析
利用电子衍射技术分析晶 体结构和相组成，确定晶 格常数和晶面间距。
能谱分析
通过能谱仪测定图像中各 点的元素组成和相对含量， 进行定性和定量分析。
04
TEM图像解析实例
晶体结构分析
利用高分辨的TEM图像，可以观察到晶体内部的原 子排列和晶体结构，如面心立方、体心立方或六方 密排结构等。
掌握操作技巧，如正确使用操 作杆、合理利用观察窗口等， 以提高观察效果和效率。
仪器维护与保养
定期清洁
定期对透射电镜进行清 洁，保持仪器内部和外
部的清洁度。
检查部件
更换消耗品
定期检查透射电镜的部 件，如电子枪、镜筒等，
确保其正常工作。
根据需要，及时更换透射 电镜的消耗品，如真空泵
油、电子枪灯丝等。
保养计划
在操作透射电镜时，应严格遵守操作规程， 确保仪器和人身安全。
THANK YOU
感谢聆听
80%
观察模式
根据观察目的选择不同的观察模 式，如明场、暗场、相位对比和 微分干涉等。
图像解析与解读
01
02
03
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
透射电镜的基本功能有：获取高分辨率、高放大
倍率的电子图像，可直接观察矿物的晶体形态、晶格象、 晶体缺陷、显微双晶和出溶作用等现象；进行电子衍射操 作（常用于选区电子衍射）可确定晶体的对称性，计算晶 胞参数，鉴定物相，测定晶体取向等；配以成分分析附件， 可以进行微区成分分析。
现代透射电镜大多包括：扫描透射电子显微系统、
像）。
位相衬度
位相衬度是由于透射 电子与衍射电子在离开试 样后发生干涉产生的衬度。 透射电子行程L，衍射 电子的行程（L2+d2)1/2， 当二者的光程差为λ 的整 数倍时产生干涉。
(3) 超薄切片法
高分子材料用超薄切片机可获得50nm左右的薄 样品。如果要用透射电镜研究大块聚合物样品的内 部结构，可采用此法制样。 用此法制备聚合物试样时的缺点是将切好的超 薄小片从刀刃上取下时会发生变形或弯曲。为克服 这一困难，可以先将样品在液氮或液态空气中冷冻； 或将样品包埋在一种可以固化的介质中。 选择不同的配方来调节介质的硬度，使之与样 品的硬度相匹配。经包埋后再切片，就不会在切削 过程中使超微结构发生变形。
动的全部路径上必须保持高度的真空，以防止电子与空气分 子相碰而改变电子运动方向，防止放电(电离空气分子现象) 和灯丝氧化等。因此，整个镜体，包括照相室，都密封在真 空系统中。一般要求其真空度不低于10-4毫米水银柱，真空 度则依据机械泵和扩散泵的工作来获得。通常在试样室和镜 筒主体间设有可动的隔离装置，以便在更换试样时，只需局 部破坏真空，这样，就可大大提高工作效率。
透射电镜与光学显微镜的原理对比
透射电镜的成像放大原 理与普通光学显微镜极为相 似。不同之处在于电子显微 镜用电子枪发射的电子束作 照明源，用电磁透镜取代玻 璃透镜进行聚焦、成像和放 大。由于电子束与可见光有 一系列本质上的差别，因此， 无论在仪器结构上，还是在 功能和性能方面都明显地不 同于光学显微镜。
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相位衬度—高分辨成像原理
高分辨像成像机制是所谓的相位衬度 (phase contrast)，即：假设在穿过样品后， 电子束的强度基本不发生变化，仅仅是电子 的相位受到周期晶体势场的调制而改变，从 而使得出射电子束携带了晶体结构的细节信 息。
高分辨透射电镜的成像是利用透射束与许多
衍射束之间由于相位不同，相互干涉后形成 点阵条纹(Lattice fringes)像的过程。因此， 高分辨成像理论，或相位衬度理论是一个多 束成像理论。只有在特定条件下（薄样品）， 点阵条纹像（高分辨像，HRTEM，Lattice fringes）与晶体结构才存在一一对应的关系， 此时才镜是由漆包铜导线缠绕成的轴对称螺线 管，用于产生径向对称磁场，使电子束焦距。 螺线管外面包裹了一层用于强化磁路的软铁 磁轭。在磁透镜的顶部或之间部位，还放置 了用于控制磁力线分布的软铁质极靴。
极靴的作用：
在强磁透镜内部，安装有极靴。极靴由 高磁导率材料（铁－钴、铁－钒）等制成， 是磁透镜的关键部件，它的作用是为了进一 步集中和强化磁场，提高磁透镜的焦距能力。 极靴的几何结构（极靴孔径，上、下极靴之 间的间隙）与设计、加工精度等决定了磁透 镜的成像质量。
(1)照明系统
照明系统由电子枪、聚光镜和相 应的平移对中及倾斜调节装置组成。 作用：是为成像系统提供 一束亮度高、 相干性好的照明光源。为满足暗场成 像的需要照明电子束可在2-3度范围内 倾斜。
①电子枪。它由阴极、栅极和阳极构成。 在 真空中通电加热后使从阴极发射的电子获 得较高的动能形成定向高速电子流。 ②聚光镜。聚光镜的作用是会聚从电子枪发 射出来的电子束，控制照明孔径角、电流
分析样品的下表面出射波的强度分布，以及物 镜如何将它们成像为衬度像（contrast imaging） 的机理。 透射电镜中的衬度起源有两种，一种是由于晶 体样品各处满足衍射的条件不同造成的，即衍 射衬度（近场球面波近似）。另一种衬度起源 于晶体周期势场对Bloch传播电子的相位进行了 调制，各相干衍射束相互干涉、叠加形成二维 干涉投影像，即相位衬度像，俗称高分辨衬度 像。
衍射衬度成像原理：
对于厚度平坦均匀、结构完整的晶体样品， 由于各处衬度相同，因此观察不到衬度。对 于样品呈现厚度不均匀（如楔形、弯曲样 品），或存在结构缺陷，则样品各处不能同 时满足严格的Bragg衍射条件，从而形成明 暗对比的衬度(contrast)。
明场像、暗场像、中心暗场像、弱束 暗场像
中间镜
中间镜用于将物镜的像进一步放大。它一般由一个 或二个磁透镜组成。
中间镜的另外一个功能是用于选择成像或衍射模式， 即当中间镜物平面与物镜像平面一致时，物镜的像 被进一步放大，得到放大的图像；当中间镜物平面 与物镜后焦面一致时，物镜后焦面上的衍射花样被 放大，获得衍射谱。因此，通过改变中间镜励磁电 流的大小，可以实现图像与衍射模式的转换。下图 为透射电子显微镜的图像与衍射模式示意图。
磁透镜的工作原理
电磁透镜是一种焦距(或放大倍数)可调的会聚透镜 由电子运动轨迹方程及物－透镜－像的几何关系得磁透镜焦距公式。
可见，磁场越强，焦距越短；加速电压越高，焦距越长。
磁透镜的缺陷及分辨率
对于理想透镜（无象差等缺陷），根据ABBE 成像 原理，其衍射（理论）分辨率为：
由于极靴在设计等方面存在缺陷、磁透镜本身的焦 距均匀性，以及样品和高压波动等，实际的磁透镜 镜都存在着象差，如球差，像散，和色差。它们极 大的限制了电子透镜所能获得的分辨率。其中，有 些象差，如像散，和色差，可以通过消像散、稳定 高压等加以消除，而球差是影响透镜分辨率最主要 的因素，且迄今没有完全矫正它的有效、便捷办法。
•可以证明，透镜后焦面上的波函数（衍射 花样）是物函数的傅氏变换， 而像平面上的像函数则是后焦面上波函数 的傅氏逆变换。 •对于理想透镜（指无衍射效应，无限大透 镜，无象差、畸变下），像函数是物函数 的完全“再现”。而对实际的电子显微镜， 由于透镜存在缺陷（象差）、分辨率等因 素限制，则不能完全再现物函数（样品）。
透镜组合与放大倍数
电镜总的放大倍数取决于各级成像透 镜的放大倍数为三级放大系统的乘积： M总＝M物镜X M中间镜X M投影镜
(4)图像观察与记录系统 该系统由荧光屏、照相机、数据显示等组 成．在分析电镜中，还有探测器和电子能 量分析等附件
2．真空系统 真空系统由机械泵、油扩散泵、换向阀门、 真空测量仪奉及真空管道组成。它的作用 是排除镜筒内气体，使镜筒真空度至少要 在10-4 pa以上。如果真空度低的话，电子 与气体分子之间的碰撞引起散射而影响衬 度，还会使电子栅极与阳极间高压电离导 致极间放电，残余的气体还会腐蚀灯丝， 污染样品。
投影镜
投影镜一般用于固定的放大倍数。 现代的透射电镜还设置了附加投影镜，由于 矫正磁转角。
透射电镜的主要部件---光阑
在透射电子显微镜中有许 多固定光阑和可动光阑， 它们的作用主要是挡掉发 散的电子，保证电子束的 相干性和照射区域。其中 三种主要的可动光阑是第 二聚光镜光阑，物镜光阑 和选区光阑。光阑都用无 磁性的金属（铂、钼等） 制成。
样品制备及实例分析
样品制备
实例分析
电镜样品制备的特点
电镜样品制备属于破坏性分析。 花费时间很多，有时甚至超过整个研究工作量的一半以上。 制样技术随电镜技术的发展而发展的。 制样技术分两大类：生物样品制备、材料科学样品制备。 这里只讲述材料科学中的制样技术，这些试样大多是有一 定硬度的固态物质。 制备成薄膜，膜厚取决于电子束的穿透能力和分析要求。 电子穿透样品的厚度与电子的能量有关： 100kV---100nm； 200kV---200nm； 高分辨原子像要求的样品厚度应在10nm以下，甚至5nm 以下。
(2)样品室
样品室中有样品杆、样品杯及样品台。其位 于照明部分和物镜之间，它的主要作用是通 过试样台承载试样，移动试样。
透射电镜的主要部件---样品台
样品台的作用是承载样品， 并使样品能作平移、倾斜、 旋转，以选择感兴趣的样品 区域或位向进行观察分析。 透射电镜的样品是放置在物 镜的上下极靴之间，由于这 里的空间很小，所以透射电 镜的样品也很小，通常是直 径3mm的薄片。
电子枪的主要类型
• 热发射电子枪：钨灯丝、LaB6灯丝（逸 出功约比钨丝小一半Φ≈2.4eV） • 场发射电子枪：冷发射、肖特基热发射 电子枪
聚光镜
聚光镜是为了在样品 上获得合适大小的电子束斑。 如果采用单个聚光镜，短焦 距使的样品室的空间有限， 给更换样品等操作带来不便。 因此，通常采用双聚光镜系 统。外加一个聚光镜光栏。
阴极（接负高压）
控制极（比阴极 负100~1000伏）
阳极 电子束 聚光镜
试样 照明部分示意图
电子枪
电子枪的类型有热发射和场发射两种， 大多用钨和六硼化镧材料。一般电子枪的 发射原理与普通照明用白炙灯的发光原理 基本相同，即通过加热来使整个枪体来发 射电子。电子枪的发射体使用的材料有钨 和六硼化镧两种。前者比较便宜并对真空 要求较低，后者发射效率要高很多，其电 流强度大约比前者高一个量级。
电子衍射基本公式
其中，d 为hkl 晶面的面间距， R 为衍射图谱hkl 衍射点到原点的距离， L 为从样品到荧光屏的实际距离， λ为电子波长。 因此，通过衍射谱的分析，可以获得晶体面间距 离以及晶体结构的信息。
电子衍射谱
根据阿贝成像理论在物镜的后焦面上有衍 射谱，可以通过减弱中间镜电流来增大其 物距，使其物平面与物镜的后焦面相重， 这样就可以把物镜产生的衍射谱透到中间 镜的像平面上，得到一次放大了的电子衍 射谱，再经过投影镜的放大作用，最后在 荧光屏上得到二次放大的电子衍射谱。
CEISS902电镜
加速电压50KV、80KV W灯丝 顶插式样品台 能量分辨率1.5ev 倾转角度α=±60度 转动4000
透射电镜的基本原理
磁透镜及其工作原理 电子衍射原理 衬度成像原理
磁透镜
光学显微镜是利用玻璃制作的透镜对光子 进行折射，将一物点发出不同角度的光线 最终会聚成一个像点； 电子显微镜是利用电场或磁场对运动的电 子施加外力，使其改变运动方向，起到折 射电子束的作用，只要我们把电场或磁场 的形状设计合理，与光学透镜一样达到成 像目的，我们称这个电场或磁场为静电透 镜或磁透镜。 电子显微镜中电子枪就相当于一个光源， 发射出电子束，经过聚光镜会聚后成像在 样品上。经过样品的电子束，经过物镜放 大后，第一次成像，再经过投影放大后成 像于荧光屏上，由荧光粉把电子图像转换 成可见光。
EM420透射电子显微镜
加速电压20KV、40KV、60KV、 80KV、100KV、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
Philips CM12透射电镜
加速电压20KV、40KV、60KV、 80KV 、100KV、120KV LaB6或W灯丝 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=±20度 β=±25度
透射电镜
透射电镜的基本结构
透射电镜的基本原理
样品的制备及实例分析
1．电子光学部分 整个电子光学部分完全置于镜筒之内， 自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样 品室、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、 荧光屏、照相机构等装置。根据这些装置 的功能不同又可将电子光学部分分为照明 系统、样品室、成像系统及图像观察和记 录系统。
利用电镜中的物镜光栏，在双束条件（除透射束外， 只有一个衍射束）下，仅选取透射束成像，形成为 明场像 (Bright-field image)；若仅选取衍射束成像， 形成暗场像 (Dark-field image)。主衍射束强激发 （严格满足Bragg条件）并通过光轴而获得的暗场 像称为中心暗场像；主衍射束弱激发（偏离Bragg 衍射条件）获得的暗场像称为弱束暗场像。