第七章 透射电子显微镜
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第七章TEM透射电子显微镜PPT课件
由电子光学系统、电源与控制 系统及真空系统三部分组成。
电子光学系统通常称镜筒，是
TEM的核心，它的光路原理与
透射光学显微镜十分相似。其
分为三部分：照明系统、成像
系统和观察记录系统。
（a）
（b）
一、照明系统
（1）电子枪 电子枪是TEM的电子源。 常用的是热阴极三极电子枪，
由发夹形钨丝阴极、阳极和栅 极组成。
➢ 作用：提高像衬度；减小孔径角，从而减小像 差；进行暗场成像； ➢ 光阑孔径：20-120um。
选区光阑（Diffraction lens holders）
➢ 来限定微区，对该微区进行衍射分析； ➢ 光阑孔直径：20-400um。
TEM的型号
Philips CM12透射电镜
加速电压20、40、60、80、100 、 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
具有很大的景深和焦长。
二、成像系统
样品在物镜的物平面上，物镜的像平面是中间镜的物平面， 中间镜的像平面是投影镜的物平面，荧光屏在投影镜的像平 面上。 物镜和投影镜的放大倍数固定，通过改变中间镜的电流来调 节电镜总M。 M越大，成像亮度越低，成像亮度与M2成反比。 高性能TEM大都采用5级透镜放大，中间镜和投影镜有两级。 放大成像操作：中间镜的物平面和物镜的像平面重合，荧光 屏上得到放大像。 电子衍射操作：中间镜的物平面和物镜的后焦面重合，得到 电子衍射花样。
二、成像系统
高倍放大
电子衍射
成像系统光路
三、观察记录系统
观察和记录装置包括荧光屏和照相机结构。 人眼无法观测电子，TEM中的电子信息通过荧光屏和
材料科学研究方法-透射电子显微成像分析g
衍衬像的形成方法 明场像的成像
暗场像——用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束， 而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法， 称为暗场成像，所得图象为暗场像。 暗场成像有两种方法：偏心暗场像与中心暗场 像。 必须指出： ① 只有晶体试样形成的衍衬像才存 明场像与暗场像之分，其亮度是明暗反转的，即 在明场下是亮线，在暗场下则为暗线，其条件是， 此暗线确实是所造用的操作反射斑引起的。
相位衬度—原子像
引入附加相位位移的方法：物镜的 球差和欠焦量。
由于透镜球差引入的程差
ABC—ABC’＝C4
如果观察面位于象面之下（物镜欠焦 f），引进的程差则是 DC－D’C’ ≈-0.5f2
适当选择欠焦量，使两种效应引起的附 加相位变化是(2n－1)／2，就可使相 位差转换成强度差，使相位衬度得以显 现。(再移动／2，两者相位差就可为)
g F e
n
2 iKRn
F e
n
2 isz zn
∵ ID=Φ·Φ* 写成积分形式
g F e
0
t
2 isz z
dz
sin 2 sz t ID F 2 sin 2 sz
Vc cos g Fg
其中F =π/ξg
散射截面: 弹性: rn = z· /(u· e α) бn=πrn 2 = π(z 2e2/ u 2α) 非弹性: r e = e/ u· α бe= π re 2 zбe= zπr e 2 б o= бn + zбe бn / zбe = z 表明原子序数越大，弹性 散射的比例就越大，弹性散射是透射电 子成像的基础，而非弹性散射主要引起 背底增强，图象反差下降。
《透射电子显微镜》课件
光阑
限制照明区域，减小成像的视场，提高成像的分辨率 。
光路调节器
调节光路中的光束方向和大小，确保光束正确投射到 样品上。
成像系统
Hale Waihona Puke 物镜将样品上的图像第一次放 大并投影到中间镜上。
中间镜
将物镜放大的图像进一步 放大并投影到投影镜上。
投影镜
将中间镜放大的图像最终 放大并投影到荧光屏或成
像设备上。
真空系统
谢谢您的聆听
THANKS
透射电子显微镜技术不断改进，分辨率和放大倍数得到显著提 高。
透射电子显微镜技术不断创新，出现了许多新型的透射电子显 微镜，如高分辨透射电子显微镜、冷冻透射电子显微镜等。
透射电子显微镜的应用领域
生物学
观察细胞、蛋白质、核酸等生物大分子的 结构和功能。
医学
研究病毒、细菌、癌症等疾病的发生、发 展和治疗。
真空泵
01
通过抽气作用维持透射电子显微镜内部的高真空状态。
真空阀门
02
控制真空泵的工作时间和进气流量，以保持透射电子显微镜内
部真空度的稳定。
真空检测器
03
监测透射电子显微镜内部的真空度，当真空度不足时提醒操作
人员进行处理。
03
透射电子显微镜的操作与维护
透射电子显微镜的操作步骤
打开电源
确保实验室电源稳定，打开透射电子显微镜 的电源开关。
记录
对透射电子显微镜的使用和维护情况进行 记录，方便日后追踪和管理。
04
透射电子显微镜的样品制备技术
金属样品的制备技术
电解抛光
通过电解抛光液对金属样品进行抛光 ，去除表面杂质和氧化层，使样品表 面光滑、平整。
离子减薄
限制照明区域，减小成像的视场，提高成像的分辨率 。
光路调节器
调节光路中的光束方向和大小，确保光束正确投射到 样品上。
成像系统
Hale Waihona Puke 物镜将样品上的图像第一次放 大并投影到中间镜上。
中间镜
将物镜放大的图像进一步 放大并投影到投影镜上。
投影镜
将中间镜放大的图像最终 放大并投影到荧光屏或成
像设备上。
真空系统
谢谢您的聆听
THANKS
透射电子显微镜技术不断改进，分辨率和放大倍数得到显著提 高。
透射电子显微镜技术不断创新，出现了许多新型的透射电子显 微镜，如高分辨透射电子显微镜、冷冻透射电子显微镜等。
透射电子显微镜的应用领域
生物学
观察细胞、蛋白质、核酸等生物大分子的 结构和功能。
医学
研究病毒、细菌、癌症等疾病的发生、发 展和治疗。
真空泵
01
通过抽气作用维持透射电子显微镜内部的高真空状态。
真空阀门
02
控制真空泵的工作时间和进气流量，以保持透射电子显微镜内
部真空度的稳定。
真空检测器
03
监测透射电子显微镜内部的真空度，当真空度不足时提醒操作
人员进行处理。
03
透射电子显微镜的操作与维护
透射电子显微镜的操作步骤
打开电源
确保实验室电源稳定，打开透射电子显微镜 的电源开关。
记录
对透射电子显微镜的使用和维护情况进行 记录，方便日后追踪和管理。
04
透射电子显微镜的样品制备技术
金属样品的制备技术
电解抛光
通过电解抛光液对金属样品进行抛光 ，去除表面杂质和氧化层，使样品表 面光滑、平整。
离子减薄
透射电子显微镜的结构与功能
化学成分分析
01 通过能谱仪（EDS）等附件，对样品进行化学成 分分析。
02 可以检测样品中的元素组成、元素分布和含量。 03 对材料科学、生物学等领域的研究具有重要价值
。
动态过程观察
01
透射电子显微镜可以观察样品的动态过程，例如相变、化学 反应等。
02
通过拍摄连续的显微图像，观察样品在时间尺度上的变化。
中间镜
用于进一步放大实像或改 变成像性质。
投影镜
将最终的放大实像投射到 荧光屏或成像设备上。
真空系统
真空泵
维持透射电子显微镜内部的高真空环境，以减少电子束在空气中散射和吸收。
真空阀
压电源
为电子枪提供加速电压，使电子束具有足够的能量穿 过样品。
高成本
透射电子显微镜的制造成本较高，维 护和运行成本也相对较高。
06
CATALOGUE
透射电子显微镜的发展趋势与展望
高分辨技术
原子像分辨率
01
通过提高电子枪的亮度和像差矫正技术，实现原子级别的分辨
率，观察更细微的结构细节。
动态范围
02
提高成像系统的动态范围，以适应不同样品厚度的观察，更好
地展示样品的层次结构。
样品
样品是透射电子显微镜中的观察对象，通常为薄片或薄膜 。样品需要足够薄，以便让电子束穿透并观察到内部的细 节。
为了保证观察结果的准确性和可靠性，样品需要经过精心 制备和处理，如脱水、染色、切片等。同时，样品的稳定 性也至关重要，以确保在观察过程中不会发生形变或损坏 。
物镜
物镜是透射电子显微镜中的重要元件之一，它对电子束进行放大并传递给下级透 镜。物镜的放大倍数决定了显微镜的总放大倍数。
透射电子显微镜的 结构与功能
材料分析6-TEM黑白
①球差：由于电磁透镜中心区域和边缘区域对电子的 会聚能力不同所造成，远轴电子折射得比近轴电子厉 害，二者不交于一点，像平面上形成漫散圆斑，半径 为rSM，还原到物平面上为：
rSM 3 rs = = Cs ⋅α M
式中Cs—球差系数, α—透镜孔径半角. 欲减小球差，采 用尽量小的α值。
②像散：由于透镜磁场的非旋转对称, 使得某些方向对
二、电磁透镜的像差、分辨能力、场深与焦长
电子波长很短，U=100KV时，λ=0.037 Å，用这 样短波长的波作为电子显微镜的光源时，最小分辨距 离应达到半波长，约为0.02 Å； 实际上电镜无法达到 这么高的分辨率本领，相差两个数量级, 原因是电磁 透镜具有比光学透镜大得多的几何像差。
1 像差
经电磁透镜放大后，像与物存在形状上的差异，即 电磁透镜不能将一个理想的物点聚为一个理想的像点， 而是一个漫散圆斑；将漫散圆斑半径除以放大倍数，还 原为物点的半径，称为像差。 包括：球差、像散、色差、衍射差。其中球差和像 散均是由透镜磁场几何缺陷所造成，合称为几何像差。
2．电磁透镜的极限分辨本领
像散和色差都可以采取一定的措施予以减小,因此分辨 本领取决于球差和衍射效应所产生的散焦斑尺寸大 小。 对于光学玻璃透镜来说，可以采用会聚透镜和发散透 镜的组合，或设计特殊形状的折射面来矫正球差，将 球差减至可忽略的程度，所以它的分辨本领主要取决 于光的衍射效应，最佳情况下达到照明源的半波长。 电磁透镜总是会聚透镜，至今尚未找到一种矫正球差 行之有效的方法，减小孔径角，球差散焦斑的半径可 显著减小，但衍射效应埃利斑半径却增大了，因此两 者必须兼顾考虑。
从式可见： 电子束波长随加速电压而变, 电压越高, 波长越短。 当U=100KV时，λ=0.037 Å，约为可见光波长的十 万分之一。采用这样短波长的电子波作照明源，可 显著提高显微镜的分辨本领和放大倍数; 为了获得单色的电子波，加速电压必须非常稳定。
透射电子显微镜-TEM-医学课件
透射电子显微镜-TEM
Transmission electron microscope
1
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
2
TEM 简介
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的 证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年， 透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和 Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
21
成像系统
照明系统
成像系统
观察记录系统
22
（1）物镜 物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可 能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距 的物镜。 放大倍数较高，一般为100～300倍。 目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
3
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
Transmission electron microscope
1
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
2
TEM 简介
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的 证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年， 透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和 Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
21
成像系统
照明系统
成像系统
观察记录系统
22
（1）物镜 物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可 能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距 的物镜。 放大倍数较高，一般为100～300倍。 目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
3
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
《透射电子显微镜》课件
优点和缺点
透射电子显微镜的优点包括高分辨率、高对比度、高灵敏度、大深度和号称百万倍的放大倍 数。缺点则包括成本高，需要复杂的样品处理和分析技能。
主要部件
透射电子显微镜主要由以下几个部分组成。
电子源
在透射电子显微镜中使用的电子通常来自热丝或发 射枪。电子的产生必须在真空下进行，以避免与气 体分子相互作用。
透镜系统
透射电子显微镜的透镜系统主要包括透镜、压电陶 瓷和扫描线圈等。这些设备可在电子束内部转移和 聚焦电子以生成清晰的图像。
检测器
工作原理
透射电子显微镜将电子束传递到样品中。当电子束穿过样品时，它们与样品中的原子和分子发生相互作用，并 形成一张图像。
1
电子束的生成
通过电子源产生电子束。在常见的电子源
潜在应用
透射电子显微镜在材料科学、生物学和半导体和微 电子学以外，有许多潜在应用。例如，透射电子显 微镜可以用于分析能量存储、生物医学和太阳能等 领域。
结束语
透射电子显微镜是一种强大的工具，可用于分析微观结构、了解材料性质和研究新技术。希望这个PPT课件能 让更多的人了解透射电子显微镜，并鼓励更多的人来研究和应用这项技术。
电子束的准直和聚焦
2
中，通过加热钨丝等材料来产生电子。
使用透镜系统将电子束准直和聚焦，以使
电子束具有较小的纵向、径向直径和透射
度。
3
电子束与样品的相互作用
电子束穿过样品并与样品中的电子云相互
作用，同时使样品产生信号。这些信号被
信号的检测检测器收集并解析透射电子显微镜样品与 电子束相互作用所生成的信号。
应用
透射电子显微镜在各种不同的领域中都有广泛的应用，其中包括材料科学、生物学和半导体和微电子学。
透射电子显微镜的优点包括高分辨率、高对比度、高灵敏度、大深度和号称百万倍的放大倍 数。缺点则包括成本高，需要复杂的样品处理和分析技能。
主要部件
透射电子显微镜主要由以下几个部分组成。
电子源
在透射电子显微镜中使用的电子通常来自热丝或发 射枪。电子的产生必须在真空下进行，以避免与气 体分子相互作用。
透镜系统
透射电子显微镜的透镜系统主要包括透镜、压电陶 瓷和扫描线圈等。这些设备可在电子束内部转移和 聚焦电子以生成清晰的图像。
检测器
工作原理
透射电子显微镜将电子束传递到样品中。当电子束穿过样品时，它们与样品中的原子和分子发生相互作用，并 形成一张图像。
1
电子束的生成
通过电子源产生电子束。在常见的电子源
潜在应用
透射电子显微镜在材料科学、生物学和半导体和微 电子学以外，有许多潜在应用。例如，透射电子显 微镜可以用于分析能量存储、生物医学和太阳能等 领域。
结束语
透射电子显微镜是一种强大的工具，可用于分析微观结构、了解材料性质和研究新技术。希望这个PPT课件能 让更多的人了解透射电子显微镜，并鼓励更多的人来研究和应用这项技术。
电子束的准直和聚焦
2
中，通过加热钨丝等材料来产生电子。
使用透镜系统将电子束准直和聚焦，以使
电子束具有较小的纵向、径向直径和透射
度。
3
电子束与样品的相互作用
电子束穿过样品并与样品中的电子云相互
作用，同时使样品产生信号。这些信号被
信号的检测检测器收集并解析透射电子显微镜样品与 电子束相互作用所生成的信号。
应用
透射电子显微镜在各种不同的领域中都有广泛的应用，其中包括材料科学、生物学和半导体和微电子学。
透射电子显微镜的电子衍射PPT课件
矢量和是否满足R4。
➢ 试定 R1点指数（110） R2点指数（211）则R4为(321)，不符合d值
所限定的指数(310)，需调整；
➢ R2点指数调为 (211) ，则R4为(301)，R3为(121) ➢ 校核夹角：(110)与 (211)夹角为73.22°, (110)与(301)夹角47.87°
因为
(R / M iM p )d fo
则
Rd foM iM p
定义L＇＝ƒoMiMp
为“有效相机长度”，则有 Rd＝λL＇＝K＇
其中K＇＝λL＇称为“有效相机常数”。式中L＇并不直接对应于样品
. 至照相底片的实际距离。
4
2. 选区电子衍射： 定义：对样品中感兴趣的微区进行电子衍射，以获得该微区电子衍射图 的方法。又称微区衍射，通过移动安置在中间镜上的选区光阑实现。 原理：
的晶面间距d1、d2、d3、d4.。。。把这些d值叫做计算值。
Ri(mm) di(nm) R1 R2 R3 R4
.
12
R3 R1 R4 φ R2φ1
③ 计算d值与标准d值比较； ④ 尝试标出两个基矢量(h1k1l1)和(h2k2l2)； ⑤ 由矢量运算求得其它斑点，反复验算夹角；
.
13
矢量关系: 2g(hkl)=g(2h,2k,2l)， 3g(hkl)=g(3h,3k,3l). g (h1,k1,l1)- g(h2,k2,l2) = g(h1-h2, k1-k2, l1-l2) g (h1,k1,l1)+g(h2,k2,l2) =g(h1+h2, k1+k2, l1+l2)
cos
h1h2 k1k2 l1l2
h12 k12 l12 h22 k22 l22
➢ 试定 R1点指数（110） R2点指数（211）则R4为(321)，不符合d值
所限定的指数(310)，需调整；
➢ R2点指数调为 (211) ，则R4为(301)，R3为(121) ➢ 校核夹角：(110)与 (211)夹角为73.22°, (110)与(301)夹角47.87°
因为
(R / M iM p )d fo
则
Rd foM iM p
定义L＇＝ƒoMiMp
为“有效相机长度”，则有 Rd＝λL＇＝K＇
其中K＇＝λL＇称为“有效相机常数”。式中L＇并不直接对应于样品
. 至照相底片的实际距离。
4
2. 选区电子衍射： 定义：对样品中感兴趣的微区进行电子衍射，以获得该微区电子衍射图 的方法。又称微区衍射，通过移动安置在中间镜上的选区光阑实现。 原理：
的晶面间距d1、d2、d3、d4.。。。把这些d值叫做计算值。
Ri(mm) di(nm) R1 R2 R3 R4
.
12
R3 R1 R4 φ R2φ1
③ 计算d值与标准d值比较； ④ 尝试标出两个基矢量(h1k1l1)和(h2k2l2)； ⑤ 由矢量运算求得其它斑点，反复验算夹角；
.
13
矢量关系: 2g(hkl)=g(2h,2k,2l)， 3g(hkl)=g(3h,3k,3l). g (h1,k1,l1)- g(h2,k2,l2) = g(h1-h2, k1-k2, l1-l2) g (h1,k1,l1)+g(h2,k2,l2) =g(h1+h2, k1+k2, l1+l2)
cos
h1h2 k1k2 l1l2
h12 k12 l12 h22 k22 l22
透射电子显微镜
•电子束倾斜与平移装置
利用电子束原位倾斜可以进行中心暗场成像操作
•消像散器
用来消除或减小透镜磁场的非轴对称性，把固 有的椭圆形磁场校正成旋转对称磁场的装置。 消像散器可以是机械式的，可 以是电磁式的。机械式的是在 电磁透镜的磁场周围放置几块 位置可以调节的导磁体，用它 们来吸引一部分磁场，把固有 的椭圆形磁场校正成接近旋转 对称的磁场。电磁式的是通过 电磁极间的吸引和排斥来校正 椭圆形磁场的
图9-3 双聚光镜原理图 聚光镜的作用是以最小的损失， 减小和调节束斑尺寸、调节照明 强度和照明孔径半角
•成像系统
由物镜、物镜光栏、选区光栏、中间镜（1、2）和投影镜组成 1.物镜
•
•
电镜的最关键的部分，其作用是将来自试样的弹性散射 束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构信息的衍射花 样；将来自透过试样的电子束会聚于其像平面上，构成 与试样组织相对应的显微图像。 物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍 射花样的透镜，透射电子显微镜分辨本领的高低主要取 决于物镜。因为物镜的任何缺陷都被成像系统中其它透 镜进一步放大。欲获得物镜的高分辨率，必须尽可能降 低像差（主要取决于极靴的形状和加工精度）。
很大，虽然荧光屏和底片之间有一些的间距，仍能得到清 晰的图像 .现代电镜已开始装有电子数码照相装置，即 CCD相机。
第二节
主要部件结构与工作原理
•样品台
电镜样品小而薄，通常用外径3mm的 样品铜网支持，网孔或方或园，约 0.075mm，见图。
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。
第七章-透射电子显微镜
1、透射电镜主要由几大系统构成各系统之间关系如何答：三大系统:电子光学系统,真空系统,供电系统。
其中电子光学系统是其核心。
其他系统为辅助系统。
2、照明系统的作用是什么它应满足什么要求答：照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。
它的作用是提供一束亮度高、照明孔经角小、平行度好、束流稳定的照明源。
它应满足明场和暗场成像需求。
3、成像系统的主要构成及其特点、作用是什么答：主要由物镜、物镜光栏、选区光栏、中间镜和投影镜组成.1）物镜：强励磁短焦透镜（f=1-3mm）,放大倍数100—300倍。
作用：形成第一幅放大像2）物镜光栏：装在物镜背焦面，直径20—120um，无磁金属制成。
作用：a.提高像衬度，b.减小孔经角，从而减小像差。
C.进行暗场成像3）选区光栏：装在物镜像平面上，直径20-400um，作用：对样品进行微区衍射分析。
4）中间镜：弱压短透镜，长焦，放大倍数可调节0—20倍作用a.控制电镜总放大倍数。
B.成像/衍射模式选择。
5）投影镜：短焦、强磁透镜，进一步放大中间镜的像。
投影镜内孔径较小，使电子束进入投影镜孔径角很小。
小孔径角有两个特点：a. 景深大，改变中间镜放大倍数，使总倍数变化大，也不影响图象清晰度。
焦深长，放宽对荧光屏和底片平面严格位置要求。
4、分别说明成像操作与衍射操作时各级透镜（像平面与物平面）之间的相对位置关系，并画出光路图。
答：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，这就是电子显微镜中的成像操作，如图（a）所示。
如果把中间镜的物平面和物镜的后焦面重合，则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样，这就是电子显微镜中的电子衍射操作，如图（b）所示。
5、透射电镜中有哪些主要光阑，在什么位置其作用如何答：主要有三种光阑：①聚光镜光阑。
在双聚光镜系统中,该光阑装在第二聚光镜下方。
作用:限制照明孔径角。
②物镜光阑。
安装在物镜后焦面。
作用: 提高像衬度；减小孔径角，从而减小像差；进行暗场成像。
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2.物镜光阑
• 物镜光阑又称为衬度光阑，通常它被放在物镜的后焦面上。 • 常用物镜光阑孔的直径是20～120μ m范围。 • 电子束通过薄膜样品后产生散射。散射角较大的电子被光 阑挡住，不能继续进入镜筒成像，从而就会在像平面上形 成具有一定衬度的图像。光阑孔越小，被挡去的电子越多， 图像的衬度就越大，这就是物镜光阑又叫做衬度光阑的原 因。加入物镜光阑使孔径角减小，能减小像差，得到质量 较高的显微图像。 • 物镜光阑的另一个主要作用是在后焦面上套取衍射束的斑 点（即副焦点）成像，这就是所谓暗场像。利用明暗场显 微照片的对照分析，可以方便地进行物相鉴定和缺陷分析。
很大，虽然荧光屏和底片之间有一些的间距，仍能得到清 晰的图像 .现代电镜已开始装有电子数码照相装置，即 CCD相机。
第二节
主要部件结构与工作原理
•样品台
电镜样品小而薄，通常用外径3mm的 样品铜网支持，网孔或方或园，约 0.075mm，见图。
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。
选区衍射示意图
选区光阑又称视场光阑。衍射分析时，用以限制和选 择样品分析区域， 实现选区电子衍射。选区光阑安放 在物镜的像平面上，光阑孔径在100~400m， 若物镜 放大100倍，对应的样品区域为1~4m
第三节 透射电子显微镜的分辨率和放大倍数
电镜三要素
分辨 率
放大 倍数
衬度
200kV高分辨透射电子显微镜 仪器型号: JEM 2100 生产厂家: 日本光学电子 仪器介绍: JEM 2100是一台具有多功能200kV高分辨透射 电子显微镜。它可以将各种透射电镜技术、能谱和电子衍 射技术等方便灵活地有机组合，具有强大的分析功能。
•光阑
在透射电子显微镜中有许多固定光阑 和可变光阑，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。其中三种主要的可变光阑 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）制造。
1.第二聚光镜光阑
⑴四个一组的光阑孔被安装在一个光阑杆的支架上 , 使用时 通过光阑杆的分档机构按需要依次插入，使光阑孔中心位 于电子束的轴线上。 ⑵聚光镜光阑的作用是限制照明孔径角。在双聚光镜系统中， 安装在第二聚光镜下方的焦点位置。光阑孔的直径为20～ 400μ m,作一般分析观察时，聚光镜的光阑孔径可用200～ 300μ m，若作微束分析时，则应采用小孔径光阑。
试样放在物镜的物平面上，物镜的像平面是中间镜的物平面
，中间镜的像平面是投影镜的物平面。物镜、中间镜、投影 镜三者结合起来，给出电镜的总放大倍率。
•观察与记录系统
ห้องสมุดไป่ตู้
观察和记录装置包括荧光屏和照相机，在荧光屏下面放置 一个可以自动换片的照相暗盒。照相时只要把荧光屏竖起，
电子束即可使照相底片曝光。由于透射电子显微镜的焦长
样品 物镜 物镜背焦面
物镜像平面 中间镜
荧光屏
成像操 作
衍射操 作
3.投影镜 投影镜的作用是把经中间镜放大的像（电子衍射花样）进 一步放大，并投影到荧光屏上，它和物镜一样，是一个短 焦距的强磁透镜。因为成像电子束进入投影镜时孔镜角很 小（约10-3rad）,因此它的景深和焦长都非常大。即使改 变中间镜的放大倍数，使显微镜的总放大倍数有很大的变 化，也不会影响图像的清晰度。 小孔径角有两个特点： 景深大
图9-3 双聚光镜原理图 聚光镜的作用是以最小的损失， 减小和调节束斑尺寸、调节照明 强度和照明孔径半角
•成像系统
由物镜、物镜光栏、选区光栏、中间镜（1、2）和投影镜组成 1.物镜
•
•
电镜的最关键的部分，其作用是将来自试样的弹性散射 束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构信息的衍射花 样；将来自透过试样的电子束会聚于其像平面上，构成 与试样组织相对应的显微图像。 物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍 射花样的透镜，透射电子显微镜分辨本领的高低主要取 决于物镜。因为物镜的任何缺陷都被成像系统中其它透 镜进一步放大。欲获得物镜的高分辨率，必须尽可能降 低像差（主要取决于极靴的形状和加工精度）。
Df 2r 0 2r 0 tan
f M L1 f
焦长长
2r 0 M 2r 0 M 2 DL tan
高性能的透射电镜大都采用5级透镜放大，即中间镜和投影镜有 两级，分第一中间镜和第二中间镜，第一投影镜和第二投影镜。
4.相对位置
试样、物镜、中间镜、投影镜四者之间的相对位置是：
•电子束倾斜与平移装置
利用电子束原位倾斜可以进行中心暗场成像操作
•消像散器
用来消除或减小透镜磁场的非轴对称性，把固 有的椭圆形磁场校正成旋转对称磁场的装置。 消像散器可以是机械式的，可 以是电磁式的。机械式的是在 电磁透镜的磁场周围放置几块 位置可以调节的导磁体，用它 们来吸引一部分磁场，把固有 的椭圆形磁场校正成接近旋转 对称的磁场。电磁式的是通过 电磁极间的吸引和排斥来校正 椭圆形磁场的
•分辨率的测定
点分辨率 测定点分辨率的早期方法，用真空蒸镀在碳支持 膜上的铂、金等颗粒，在高倍照片中找出粒子最小间距， 除以放大倍数即为点分辨率，如图9-12所示 1.点分辨率的测定 用铂或其它重金属在真空中加热使他们蒸发到一层极薄的 碳支撑膜上。如果蒸发过程控制得当，可以使直径为0.51.0nm 的颗粒沉积在碳膜上，其间隙可控制在0.2-1nm 。 测定点分辨率时，应事先知道电镜的放大倍数。在摄得金 属颗粒照片后，经光学放大5-10倍后，在照片上找出距离 最小的粒子间距，然后除以总放大倍数（包括电子显微镜 的放大倍数乘光学镜的放大倍数）即为电镜的点分辨率。
物镜是一个强激磁短焦距 ( f =1~3mm)的透镜，它的放 大倍数较高，一般为100-300倍。目前，高质量的物镜其 分辨率可达0.1nm左右。
•
2.中间镜 • 中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍 透镜，可在0-20倍范围调节。在电 镜操作过程中，主要是利用中间镜 的可变倍率来控制电镜的放大倍数。
• 用以实现透射电镜成像操作和衍 射操作的转换 若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，这就是电子显微镜 中 的成像操作，如右图(a)所示。 如果 把中间镜的物平面和物镜的后焦面重 合，则在荧光屏上得到一幅电子衍射 花样，这就是电子显微镜中的电子衍 射操作，如图右图（b）
测定方法：利用外延生长方 法制得的定向单晶薄膜做标 样，拍摄晶格像。测定晶格 分辨率常用的晶体见表。根 据仪器分辨率高低选择晶面 间距不同的样品做标样。
3.放大倍数的测定 透射电镜的放大倍数随样品厚度、加速电压、透镜电流而 变化。TEM在使用过程中，各元件的电磁参数会发生少 量变化，从而影响放大倍数的精度。为保证放大倍数的精 度，须定期标定，通常允许误差为5%. 标定方法：用衍射光栅复型为标样，在一定条件下（加速 电压、透射电流），拍摄标样的放大像，然后从底片上测 量光栅条纹像间距，并与实际光栅条纹间距相比即为该条
场发射枪性能优异，具有束斑尺寸小、亮度 高、能量分散度小等特点.
2.聚光镜
聚光镜用来会聚电子枪射出 的电子束。一般都采用双聚 光镜系统，如右图所示。第 一聚光镜是强激磁透镜，束 斑缩小率10～50倍左右，将 电子枪第一交叉点束斑缩小 为1～5μ m；而第二聚光镜 是弱激磁透镜，适焦时放大 倍数为2倍左右。结果在样 品平面上可获得2～10μ m的 照明电子束斑。
件下的放大倍数如图（9-14）。例如，衍射光栅2000条
/mm,条纹间距0.0005mm。
Ur f K ( IN ) 2
f M L1 f
利用光栅复型上喷镀碳微粒法。适用于5000-50000倍的情况。
图9-14 1152条/mm光栅条复型纹像 a) 5700倍 b) 8750倍
晶格条纹像法。利用测定晶格分辨率的样品为标样，拍摄 条纹像，测量条纹像间距，再计算条纹像间距与实际晶面 间距的比值，即为放大倍数。适用于高倍，如10万倍以上 的情况。
•照明系统
照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。电子枪是发射电子 波的照明光源。聚光镜是把电子枪发射出来的电子波进一 步会聚后照射到样品上。照明系统的作用就是提供一束亮 度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。
1.电子枪
电子枪是电镜的电子源。其作用是发射、加速电子，并会聚成 电子束直径约为几十微米的交叉点。 目前电子显微镜使用的电子源有两类： 1. 热电子源——加热时产生电子，W丝 2. 场发射源——在强电场作用下产生电子，场发射电镜. 从电子枪发射出的电子束，束斑尺寸大、相干性差、平行度差， 为此需进一步会聚成近似平行的照明束，这个任务由聚光镜实 现，通常有两级聚光镜来聚焦。
第七章
透射电子显微镜
第一节
透射电子显微镜的结构和成像原理
• 透射电子显微镜是以波长 极短的电子束作为照明源， 用电磁透镜聚焦成像的一 种高分辨率、高放大倍数 的电子光学仪器。 • 透射电镜的外观照片如右 图。 • 通常透射电镜由 电子光学系统 真空系统 电源和控制系统 其中电子光学系统是电镜 的主要组成部分。
30nm
3mm/(10000*10)=30nm
2.晶格分辨率的测定
当电子束射入样品后，通过样品的透射束和衍射束间存在位 相差。由于透射和衍射束的位相不同，它们间通过动力学干 涉在相平面上形成能反映晶面间距大小和晶面方向条纹像， 即晶格条纹像，如右下图所示。晶格分辨率与点分辨率是不 同的，点分辨率就是实际分辨率，晶格分辨率的晶格条纹像 是因位相差引起的干涉条纹，是晶面间距的比例图像。
挡掉了大角度的非弹性电子，减少色差，提高衬度。
3.选区光阑
为了分析样品上的微区，应在样品上放置光阑来限定微 区，对该微区进行衍射分析叫做选区衍射。该光阑是选区光 阑，也称限场光阑或视场光阑。因为要分析的微区很小，一 般数微米量级，要做这样小的光阑孔在技术上有难度，也很 容易污染，因此选区光阑都放置在物镜的像平面位置，可以 达到放置在样品平面上的效果，而且光阑可以做的更大些。 如果物镜的放大倍数是50，则一个直径为50um的光阑 可以选择样品上1um的微区。