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透射电子显微镜(TEM)—上海交大分析测试中心
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电子显微镜成像的物理光学原理
q(r)
Q(h) = F{q(r)}
ψ (r ) = F −1{Q(h)} = q(r )
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电子显微镜和光学显微镜的比较
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与透射电镜有关的三个人
E. Ruska 1986年诺贝尔物理奖
Aaron Klug 1982年诺贝尔化学奖
S. Iijima 2002年富兰克林奖章
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Outline
什么是透射电子显微镜 透射电镜的成像原理及其构造 选区电子衍射和衍衬理论 透射电镜常用附件 透射电镜的应用
实验室安全
1, 进入实验室前要接受安全培训，培训合格后持 证上岗 2，不得在实验室内从事与实验无关的活动 3，在从事电、酸、碱等危险实验时，人员不得随 意离开 4，实验室三废不得随意抛弃，要放入指定位置 5，原则上不准学生晚上独自实验，如有特殊原因 需要实验，须先请示，待批准后方可 6，发现不规范行为和不良现象要及时汇报。
实现计算机（CPU）的控制
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透射电镜的基本构造
照明系统
成像系统
观察记录系统
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照明系统
电子枪——电镜的光源
电子枪作用：提供稳定、单色高能电子束流 电子枪组成：电子发生器和加速阳极组成 电子枪的种类 ¾热发射电子枪
第二章 透射电子显微镜 (TEM)
常见的衍射花样有以下几种类型：
① 非晶物质的花样：由数个弥散的同心圆环组成，环位 置和强度与原子周围的环境有关。
② 多晶物质的花样： 明锐的同心圆环组成，环半径及其 强度与晶体的结构有确定的关系。
③ 单晶花样：是平行四边形排列的二维点阵，斑点位置、 强度和排列的对称性与晶体结构有明确的定量关系。
θ
Fig6 Intracrystalline organic matrix
b a
c
Fig7.TEM image of cross-section column crystal in prismatic layer a. intracystal electron diffract stigma b.amorphous electron diffraction ring of intergranuler boundary
Fig3 decalciication organic framework of nacreous layer.
b a
c
Fig5.a. Non-decalcification zone b. Transition zone(Sub-structure of organic net) c. All- decalcification zoneห้องสมุดไป่ตู้
后焦平面 (衍射图)
A A1 A0 A2
物平面
B
B1 B0 B2
物镜
物镜光栏
像平面
B’
A’
图2-10 质厚衬度像成像原理
❖ 2>. 衍射衬度
入射电子同晶体 样品作用时，发 生布拉格散射,电 子只改变运动方 向，而不损失能 量，这种弹性散 射其强度与入射 电子方向和晶体 之间的相对取向 密切相关。
TEM(透射电子显微镜)
细胞结构解析
细胞膜结构
透射电镜图像可以清晰地展示细胞膜的精细结构，如细胞膜的厚度、 细胞器的分布等。
细胞器结构
透射电镜能够观察到细胞内的各种细胞器，如线粒体、内质网、高 尔基体等，有助于了解细胞器的形态和功能。
细胞骨架结构
透射电镜能够观察到细胞骨架的超微结构，如微管、微丝和中间纤维 等，有助于了解细胞骨架在细胞运动、分裂和分化中的作用。
TEM应用领域
01
02
03
04
生物学
研究细胞、组织和器官的超微 结构，如细胞器、细胞膜、染
色体等。
医学
用于诊断疾病，如癌症、传染 病等，以及药物研发和疫苗制
备过程中的结构分析。
地质学
观察岩石、矿物和矿物的微观 结构，研究地球科学中的各种
地质现象。
材料科学
研究金属、陶瓷、高分子等材 料的微观结构和性能，以及材
控制切片的厚度，通常在50~70纳米之间，以确 保电子束能够穿透并观察到样品的内部结构。
切片收集与处理
将切好的超薄切片收集到支持膜上，并进行染色、 染色脱水和空气干燥等处理。
染色
染色剂选择
选择适当的染色剂，如铅、铀或 铜盐，以增强样品的电子密度并
突出其结构特征。
染色时间与温度
控制染色时间和温度，以确保染色 剂与样品充分反应并达到最佳染色 效果。
清洁样品室
定期清洁样品室，保持清洁度 。
检查电子束系统
定期检查电子束系统，确保聚 焦和稳定性。
更新软件和驱动程序
及时更新TEM相关软件和驱动 程序，确保兼容性和稳定性。
定期校准
按照厂家建议，定期对TEM进 行校准，确保观察结果的准确
性。
06 TEM未来发展
透射电镜TEM讲义课件PPT
微镜分辨率的理论极限。若用波长最短的可见光(λ= 390nm )作 照明源，则
r0≈200nm 200nm是光学显微镜分辨本领的极限
如何提高显微镜的分辨率
• 根据透镜分辨率的公式，要想提高显微镜的分辨率，关键 是降低照明光源的波长。
• 顺着电磁波谱朝短波长方向寻找，紫外光的波长在13390nm之间，比可见光短多了。但是大多数物质都强烈地 吸收紫外光，因此紫外光难以作为照明光源。
电子波长
• 根据德布罗意（de Broglie）的观点，运动的
电子除了具有粒子性外，还具有波动性。这一点
上和可见光相似。电子波的波长取决于电子运动
的速度和质量，即
h
式中，h为普郎克常数：h=6.626m×v10-34J.s；
m为电子质量；v为电子运动速度，它和加速电
压U之间存在如下关系：
1 mv2 eU 即 2
图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)
高压系统
真空系统
一般是在物镜的背焦平面上放一称为物镜光阑的小孔径的光阑来达到这个目的。
当试样厚度t恒定时,强度
200~500nm厚的薄膜
如果g · R ≠整数 ,则e-iα≠1， (α ≠ 2π的整数倍。
不同加速电压下的电子波波长
ξg是衍衬理论中一个重要的参数,表示在精确符合布拉格条件时透射波与衍射波之间能量交换或强度振荡的深度周期。
供观察形貌结构的复型样品和非晶态物质样品的衬度是质厚衬度
1.原子核和核外电子对入射电子的散射
经典理论认为散射是入射电
子在靶物质粒子场中受力而发
生偏转。可采用散射截面的模
型处理散射问题，即设想在靶
物质中每一个散射元(一个电子
eZ
或原子核)周围有一个面积为σ
r0≈200nm 200nm是光学显微镜分辨本领的极限
如何提高显微镜的分辨率
• 根据透镜分辨率的公式，要想提高显微镜的分辨率，关键 是降低照明光源的波长。
• 顺着电磁波谱朝短波长方向寻找，紫外光的波长在13390nm之间，比可见光短多了。但是大多数物质都强烈地 吸收紫外光，因此紫外光难以作为照明光源。
电子波长
• 根据德布罗意（de Broglie）的观点，运动的
电子除了具有粒子性外，还具有波动性。这一点
上和可见光相似。电子波的波长取决于电子运动
的速度和质量，即
h
式中，h为普郎克常数：h=6.626m×v10-34J.s；
m为电子质量；v为电子运动速度，它和加速电
压U之间存在如下关系：
1 mv2 eU 即 2
图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)
高压系统
真空系统
一般是在物镜的背焦平面上放一称为物镜光阑的小孔径的光阑来达到这个目的。
当试样厚度t恒定时,强度
200~500nm厚的薄膜
如果g · R ≠整数 ,则e-iα≠1， (α ≠ 2π的整数倍。
不同加速电压下的电子波波长
ξg是衍衬理论中一个重要的参数,表示在精确符合布拉格条件时透射波与衍射波之间能量交换或强度振荡的深度周期。
供观察形貌结构的复型样品和非晶态物质样品的衬度是质厚衬度
1.原子核和核外电子对入射电子的散射
经典理论认为散射是入射电
子在靶物质粒子场中受力而发
生偏转。可采用散射截面的模
型处理散射问题，即设想在靶
物质中每一个散射元(一个电子
eZ
或原子核)周围有一个面积为σ
透射电子显微镜(TEM)—上海交大分析测试中心
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磁透境的像差
球差
¾ 透镜对离轴 远电子比离轴近的电子有更强的会聚能力，因而在高斯 面上，一个物点的象不再是一个点，而是一个圆盘，半径为：
Δri = MCs ⋅ α 3
or
Δrs = C s ⋅ α 3
v v v Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
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透射电子显微镜的成像原理
电子 探针仪 入 射 电 子 扫描电 子 显微镜
电子与物质相互作用产生的信息
X射线 衍射仪 X射线 韧致辐射 阴极发光 俄歇电子
二次电子 背反射电 子 吸改电子 衍射电子 电子 衍射仪
试 样
透射电子
俄歇 电子谱 仪
透射电 子显微 镜
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透射电子显微镜的成像原理
电子光学原理简述
• 从功能和工作原理上讲，电子显微镜和光学显微镜 是相同的。其功能都是将细小物体放大到肉眼可以 分辨的程度；工作原理都遵从射线的Abbey成象原 理。
Abbey成象原理
透射电子显微镜构造、工作原 理及其应用 梁加淼
Tel: 34206175-101 Email: jmliang@
上海交通大学分析测试中心透射电镜室
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纳米碳管的发现
HREM image showing one end of a multi‐ walled carbon nanotube.
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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
透射电子显微镜(TEM)详解
TEM样品可分为间接样品和直接样品。
（一）间接样品的制备（表面复型）
透射电镜所用的试样既要薄又要小，这就大大限 制了它的应用领域，采用复型制样技术可以弥补 这一缺陷。复型是用能耐电子束辐照并对电子束 透明的材料对试样的表面进行复制，通过对这种 复制品的透射电镜观察，间接了解高聚物材料的 表面形貌。
蚀刻剂：高锰酸钾-浓 硫酸 将无定形部分腐蚀掉
八、透射电镜在聚合物研究中的应用
（一）结晶性聚合物的TEM照片
PE单晶及其电子衍射谱
Keller提出的PE折叠链模型
尼龙6 折叠链 片晶
单斜晶系 的PP单晶
2、树枝晶: 从较浓溶液（0.01~0.1%)结晶时，流动力 场存在，可形成树枝晶等。
PE的树枝状结晶
（3）染色：通常的聚合物由轻元素组成，在用厚 度衬度成像时图像的反差很弱，通过染色处理后 可改善。
所谓染色处理实质上就是用一种含重金属的试剂 对试样中的某一组分进行选择性化学处理，使其 结合上重金属，从而导致其对电子的散射能力增 强，以增强图像的衬度。
（a）OsO4染色，可染-C=C-双键、-OH基、-NH2基。 其染色反应是：
（二）直接样品的制备
1.粉末样品制备 粉末样品制备的关键是如何将超细粉的颗粒分散开来，
各自独立而不团聚。
胶粉混合法：在干净玻璃片上滴火棉胶溶液，然后在玻 璃片胶液上放少许粉末并搅匀，再将另一玻璃片压上， 两玻璃片对研并突然抽开，稍候，膜干。用刀片划成小 方格，将玻璃片斜插入水杯中，在水面上下空插，膜片 逐渐脱落，用铜网将方形膜捞出，待观察。
常见的聚合物制样技术
（1）超薄切片:超薄切片机将大试样切成50nm 左右的薄试样。
聚甲基丙烯酸丁酯将 聚四氟乙烯包埋后切 片，白色部分表示颗 粒形貌， 切片时，有颗粒的部 分掉了
（一）间接样品的制备（表面复型）
透射电镜所用的试样既要薄又要小，这就大大限 制了它的应用领域，采用复型制样技术可以弥补 这一缺陷。复型是用能耐电子束辐照并对电子束 透明的材料对试样的表面进行复制，通过对这种 复制品的透射电镜观察，间接了解高聚物材料的 表面形貌。
蚀刻剂：高锰酸钾-浓 硫酸 将无定形部分腐蚀掉
八、透射电镜在聚合物研究中的应用
（一）结晶性聚合物的TEM照片
PE单晶及其电子衍射谱
Keller提出的PE折叠链模型
尼龙6 折叠链 片晶
单斜晶系 的PP单晶
2、树枝晶: 从较浓溶液（0.01~0.1%)结晶时，流动力 场存在，可形成树枝晶等。
PE的树枝状结晶
（3）染色：通常的聚合物由轻元素组成，在用厚 度衬度成像时图像的反差很弱，通过染色处理后 可改善。
所谓染色处理实质上就是用一种含重金属的试剂 对试样中的某一组分进行选择性化学处理，使其 结合上重金属，从而导致其对电子的散射能力增 强，以增强图像的衬度。
（a）OsO4染色，可染-C=C-双键、-OH基、-NH2基。 其染色反应是：
（二）直接样品的制备
1.粉末样品制备 粉末样品制备的关键是如何将超细粉的颗粒分散开来，
各自独立而不团聚。
胶粉混合法：在干净玻璃片上滴火棉胶溶液，然后在玻 璃片胶液上放少许粉末并搅匀，再将另一玻璃片压上， 两玻璃片对研并突然抽开，稍候，膜干。用刀片划成小 方格，将玻璃片斜插入水杯中，在水面上下空插，膜片 逐渐脱落，用铜网将方形膜捞出，待观察。
常见的聚合物制样技术
（1）超薄切片:超薄切片机将大试样切成50nm 左右的薄试样。
聚甲基丙烯酸丁酯将 聚四氟乙烯包埋后切 片，白色部分表示颗 粒形貌， 切片时，有颗粒的部 分掉了
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。
第8讲_透射电子显微镜(TEM)_20111104
(2)样品室
样品室中有样品杆、样品杯及样品台
(3)成像系统
一般由物镜、中间镜和投影镜组成。物镜的 分辨本领决定了电镜的分辨本领，中间镜和 投影镜的作用是将来自物镜的图像进一步放 大
(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
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 托 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
第8讲 透射电子显微分析 2011年11月4日 Transmission Electron Microscope TEM
透射电子显微镜是以波长很短的电子束做 照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种具有高 分辨本领，高放大倍数的电子光学仪器。测 试的样品要求厚度极薄（几十纳米），以便 使电子束透过样品。
发展历史
金相复型的制备方法
1．对金相试样的要求 试样要细心磨制，仔细抛光， 力求避免产生 微小的磨痕及变形层，浸蚀剂与做金相试验 时所用的浸蚀剂相同，浸蚀应浅些，这样可 保留组织细节。 2．塑料一碳二级复型 塑料一碳二级复型由于其制备过程不损 坏金相试样表面，重复性好，供观察的第二 级复型一碳膜导电导热性好，在电子束照射 下较为稳定，因而得到广泛的应用。具体制 备方法如下：
在孔洞边缘获得厚度小于500nm的薄膜。
生物磁铁矿晶体的完好晶形 （TEM照片）
沙尘暴的矿物颗粒
海盐气溶胶颗粒；匈牙利上空大陆大气层中收集到的煤灰/硫化 物混合颗粒的TEI
煤灰/硫化物混合颗粒的TEM图象
Sol-gel法合成羟磷灰石, 可分辨出毛发状、长柱状的晶 体轮廓, 但晶面发育不明显 (TEI)
14 透射电子显微镜——【材料分析方法 精品课件】
2)聚光镜（Condenser Lens)
用来会聚电子枪射出 的电子束，以最小的 损失照明样品，调节 照明强度、孔径角和 束斑大小。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
14
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节 装置所组成。
3)垂直照明和倾斜照明—电磁偏转器
9，光镜的操作及样品制备简单。 透射电镜操作复杂，同时因为是要辐射源穿透样品成像，要
求样品很薄，至少要小于1000Å ，所以样品制备困难。
10，透射电镜的造价要大于光镜100倍以上。
光镜和电镜比较的不同点
光源 透镜 介质 焦距 放大倍数改变 景深 像 辐照损伤 操作及样品制
备 造价
透射电镜
光镜
电子束，位于仪器顶部 磁透镜 真空
用来会聚电子枪射出 的电子束，以最小的 损失照明样品，调节 照明强度、孔径角和 束斑大小。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
10
三种电子枪的性能比较
特性
钨丝热阴极
LaB6
工作温度
亮度（在 200kV） 光源尺寸
能量发散度
2800K 5105A/cm2sr
ห้องสมุดไป่ตู้50m 2.3eV
1800K 5106A/cm2sr
BF
DF
15
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由物镜、中间镜和投影镜组成。
1.物镜
强激磁、短焦距 低象差、高分辨率 100～300倍
物镜
中间镜
2.中间镜
弱激磁、长焦距 变倍透镜 0～20倍
用来会聚电子枪射出 的电子束，以最小的 损失照明样品，调节 照明强度、孔径角和 束斑大小。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
14
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节 装置所组成。
3)垂直照明和倾斜照明—电磁偏转器
9，光镜的操作及样品制备简单。 透射电镜操作复杂，同时因为是要辐射源穿透样品成像，要
求样品很薄，至少要小于1000Å ，所以样品制备困难。
10，透射电镜的造价要大于光镜100倍以上。
光镜和电镜比较的不同点
光源 透镜 介质 焦距 放大倍数改变 景深 像 辐照损伤 操作及样品制
备 造价
透射电镜
光镜
电子束，位于仪器顶部 磁透镜 真空
用来会聚电子枪射出 的电子束，以最小的 损失照明样品，调节 照明强度、孔径角和 束斑大小。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
10
三种电子枪的性能比较
特性
钨丝热阴极
LaB6
工作温度
亮度（在 200kV） 光源尺寸
能量发散度
2800K 5105A/cm2sr
ห้องสมุดไป่ตู้50m 2.3eV
1800K 5106A/cm2sr
BF
DF
15
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由物镜、中间镜和投影镜组成。
1.物镜
强激磁、短焦距 低象差、高分辨率 100～300倍
物镜
中间镜
2.中间镜
弱激磁、长焦距 变倍透镜 0～20倍
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CL2是双聚光镜中的第二聚光镜，是弱透镜，长焦 距，是对第二交叉点很有限的放大，仅约1~2倍。它 换取了长的物与镜之间的距离，可以得到足够的工作 空间来安放样品台和其他附件
欠焦
正焦
过
焦
CL1 5μm
CL2 可变光栏
10 μm
图2-4 TEM照明系统光路示意图
3>. 垂直照明和倾斜
照明
h
∂1
垂直照明：即电
❖ 2dSinθ＝nλ
θ θ
图 2-11
3. 电子衍射花样、选区衍射 按照阿贝成像原理，出射方向相同的电子
经过物镜后会会聚于其后焦面上的一点，不 同方向的聚于不同的点，这些点组合在一起 形成一幅图案，此时适当调节第一中间镜的 电流使它的物平面于物镜的后焦面重合，就 可以把这幅电子衍射花样放大并投射到荧光 屏上 .
S
S
N
N
N
S
NS
-
SN
S
N
N
N
S
S
图2-7 电磁消像散器原理
2＞. 中间镜:是一个弱激磁的长焦距透镜。可以在 0~20倍范围内调节，TEM放大倍数的改变主要是通 过改变中间镜的电流来实现的。
3＞. 投影镜:强磁透镜，有高的放大倍率，将中间镜像 放大并投射在荧光屏或照相底片上。
4.＞ 放大倍率和透镜工作模式的关系： 以四级透镜系统为例
5>. 图象观察和记录
6>.费涅尔衍射条纹： 是由入射电子与样品边缘的散 射电子发生干涉形成的。
样品 物镜物平面
入射电子束
入射电子束
物镜
物镜物平面
............................
物镜像平面
............................
a
b
图2-9 费聂尔衍射条纹产生及其图象示意
常见的衍射花样有以下几种类型：
① 非晶物质的花样：由数个弥散的同心圆环组成，环位 置和强度与原子周围的环境有关。
② 多晶物质的花样： 明锐的同心圆环组成，环半径及其 强度与晶体的结构有确定的关系。
镜筒的复杂程度取决于对性能的要求
σ＞50 Å
三个透镜，聚光镜，物镜，投影镜
50 Å ＞σ＞20 Å σ＜10 Å
四个透镜，单聚光镜，物镜，
中间镜,投影镜 五~六个透镜，双聚光镜，物镜,第 一、第二中间镜， 投影镜
一、TEM的结构及工作原理：
光学系统（镜筒部分）：包括照明系统，成像系统，观察系 统。
子束轴线与成像系
统的轴线合轴。在
∂2
不改变倾斜角度的
情况下，相对样品
做平移。
s
上线圈 下线圈
图2-5 垂直照明
倾斜照明：
即电子束轴线
∂1+∂2
与成像轴线成
h1
∂1
一定角度ห้องสมุดไป่ตู้而
不平移.
∂2
上线圈 下线圈 h2
图2-6 倾斜照明
2. 成像系统 物镜，中间镜和投影镜组成。 成像系统的总放大倍率为各个透镜放大倍数的乘积 M= M1·M2·M3
可以通过改变各个透镜的工作电流来获得不同的放大倍数。
❖ 1>. 物镜：用来形成第一幅高分辨电子像或电子衍射花样
的透镜。分辨率的高低主要取决于物镜，因为物镜的任何缺 陷都将被成像系统中其它透镜进一步放大，物镜通常采用强 激磁，短焦距（1.5~3mm），所以要求尽可能小的球差、像 散和色差 .
透镜磁场
100~1000倍 1000~20000倍 2~10.0万倍 10万倍以上
OL x x
第一像 第一像
IL1 第一像
x x 第二像
IL2 第二像 第一像 第二像 第三像
PL 终像 终像 终像 终像
目前的四级放大系统相应的放大倍数高达50~80万倍
物 物镜OL
IL1 IL2 PL
CRT
图 2-8 四级透镜系统
电子束照射到样品上，一部分直接穿过样品，一 部分被原子散射，散射的方向各不相同，相同出射 方向的电子在物镜的偏转作用下在物镜的后焦面上 聚于同一点，形成一个电子强度分布图。我们把它 称为电子衍射花样，如果在后焦面上不阻挡电子的 运动，这些电子会相互分开，原来样品上同一点发 出的电子又在像平面上重新相聚形成一个和原物相 似但变大了的物像。
2>. 聚光镜：聚光镜是用来将电子枪发射出的电子束 会聚在样品上，并且起调节电流密度和照明束斑的大 小的作用。
CL1是双聚焦镜中的第一聚焦镜: 是强透镜，它将 第一交叉点缩小20~60倍，使束斑约为1-5μm，体现 了聚光镜对束斑大小的调节。但如果直接将CL1会聚 的电子照射到样品上，则物与镜之间的空间太小。
透射电子显微镜 （TEM）
.
选区光阑
照明源 阴极 光阑
聚光镜 样品 物镜
物镜光阑
中间镜
投影镜
荧光屏或照相底片
图2-1 透射显微镜构造原理和光路示意图
TEM的简单成像过程可以表述如下：
热阴极电子枪 电子束 阳极加速 聚光镜会聚 成细电子束 穿透样品（穿透强度取决于样品的厚度、 平均原子序数、晶体结构或者位向的差别） 物镜 成像 中间镜和投影镜放大投射到荧光屏上
阳极
第一交叉点(电子 源50um)
图2-2 电子枪及其自偏压回路
阴极电子的发射率Jo =AT2·exp（-b/T） 2500~2700K范围内，
理想的电子源必须满足两个条件：高的稳定性以及高的亮度。
束 流
.饱和点
灯丝电流
图2-3 束流与灯丝电流关系示意图
电子枪的亮度为B=J0·eV/πkT， 即B与电子发射率J0成正 比。尽量找到J0高的材料可以提高电子枪的亮度。如LaB6的J0 就比W高一个数量级。
真空系统：由机械泵和扩散泵组成，可以达到10-5乇mmHg。 电源系统：由提供电子加速的高压部分和控制透镜聚焦成像 的低压部分组成。 。
1. TEM的照明统： 由电子枪和聚光镜 组成
1>.电子枪：是 TEM的电子源，由 阴极，阳极和控制 栅极组成。
灯丝变压 器
接负高压
100Ω
偏压电阻
100Ω
阴极 栅极帽
后焦平面 (衍射图)
A A1 A0 A2
物平面
B
B1 B0 B2
物镜
物镜光栏
像平面
B’
A’
图2-10 质厚衬度像成像原理
❖ 2>. 衍射衬度
入射电子同晶体 样品作用时，发 生布拉格散射,电 子只改变运动方 向，而不损失能 量，这种弹性散 射其强度与入射 电子方向和晶体 之间的相对取向 密切相关。
a） 过焦成像 边缘出现暗条纹 b） 欠焦成像 边缘出现亮条纹
3.成像原理
❖ OM和TEM形成反差（衬度）的机制不同
❖ 振幅衬度：反映了d>15 Å的结构
❖ 相位衬度：反映了d<15 Å的结构
❖ TEM中常用四种像：质厚衬度像，衍射衬度像，相 位衬度像和电子衍射花样
❖ 1>. 质厚衬度像
阿贝成像原理:
欠焦
正焦
过
焦
CL1 5μm
CL2 可变光栏
10 μm
图2-4 TEM照明系统光路示意图
3>. 垂直照明和倾斜
照明
h
∂1
垂直照明：即电
❖ 2dSinθ＝nλ
θ θ
图 2-11
3. 电子衍射花样、选区衍射 按照阿贝成像原理，出射方向相同的电子
经过物镜后会会聚于其后焦面上的一点，不 同方向的聚于不同的点，这些点组合在一起 形成一幅图案，此时适当调节第一中间镜的 电流使它的物平面于物镜的后焦面重合，就 可以把这幅电子衍射花样放大并投射到荧光 屏上 .
S
S
N
N
N
S
NS
-
SN
S
N
N
N
S
S
图2-7 电磁消像散器原理
2＞. 中间镜:是一个弱激磁的长焦距透镜。可以在 0~20倍范围内调节，TEM放大倍数的改变主要是通 过改变中间镜的电流来实现的。
3＞. 投影镜:强磁透镜，有高的放大倍率，将中间镜像 放大并投射在荧光屏或照相底片上。
4.＞ 放大倍率和透镜工作模式的关系： 以四级透镜系统为例
5>. 图象观察和记录
6>.费涅尔衍射条纹： 是由入射电子与样品边缘的散 射电子发生干涉形成的。
样品 物镜物平面
入射电子束
入射电子束
物镜
物镜物平面
............................
物镜像平面
............................
a
b
图2-9 费聂尔衍射条纹产生及其图象示意
常见的衍射花样有以下几种类型：
① 非晶物质的花样：由数个弥散的同心圆环组成，环位 置和强度与原子周围的环境有关。
② 多晶物质的花样： 明锐的同心圆环组成，环半径及其 强度与晶体的结构有确定的关系。
镜筒的复杂程度取决于对性能的要求
σ＞50 Å
三个透镜，聚光镜，物镜，投影镜
50 Å ＞σ＞20 Å σ＜10 Å
四个透镜，单聚光镜，物镜，
中间镜,投影镜 五~六个透镜，双聚光镜，物镜,第 一、第二中间镜， 投影镜
一、TEM的结构及工作原理：
光学系统（镜筒部分）：包括照明系统，成像系统，观察系 统。
子束轴线与成像系
统的轴线合轴。在
∂2
不改变倾斜角度的
情况下，相对样品
做平移。
s
上线圈 下线圈
图2-5 垂直照明
倾斜照明：
即电子束轴线
∂1+∂2
与成像轴线成
h1
∂1
一定角度ห้องสมุดไป่ตู้而
不平移.
∂2
上线圈 下线圈 h2
图2-6 倾斜照明
2. 成像系统 物镜，中间镜和投影镜组成。 成像系统的总放大倍率为各个透镜放大倍数的乘积 M= M1·M2·M3
可以通过改变各个透镜的工作电流来获得不同的放大倍数。
❖ 1>. 物镜：用来形成第一幅高分辨电子像或电子衍射花样
的透镜。分辨率的高低主要取决于物镜，因为物镜的任何缺 陷都将被成像系统中其它透镜进一步放大，物镜通常采用强 激磁，短焦距（1.5~3mm），所以要求尽可能小的球差、像 散和色差 .
透镜磁场
100~1000倍 1000~20000倍 2~10.0万倍 10万倍以上
OL x x
第一像 第一像
IL1 第一像
x x 第二像
IL2 第二像 第一像 第二像 第三像
PL 终像 终像 终像 终像
目前的四级放大系统相应的放大倍数高达50~80万倍
物 物镜OL
IL1 IL2 PL
CRT
图 2-8 四级透镜系统
电子束照射到样品上，一部分直接穿过样品，一 部分被原子散射，散射的方向各不相同，相同出射 方向的电子在物镜的偏转作用下在物镜的后焦面上 聚于同一点，形成一个电子强度分布图。我们把它 称为电子衍射花样，如果在后焦面上不阻挡电子的 运动，这些电子会相互分开，原来样品上同一点发 出的电子又在像平面上重新相聚形成一个和原物相 似但变大了的物像。
2>. 聚光镜：聚光镜是用来将电子枪发射出的电子束 会聚在样品上，并且起调节电流密度和照明束斑的大 小的作用。
CL1是双聚焦镜中的第一聚焦镜: 是强透镜，它将 第一交叉点缩小20~60倍，使束斑约为1-5μm，体现 了聚光镜对束斑大小的调节。但如果直接将CL1会聚 的电子照射到样品上，则物与镜之间的空间太小。
透射电子显微镜 （TEM）
.
选区光阑
照明源 阴极 光阑
聚光镜 样品 物镜
物镜光阑
中间镜
投影镜
荧光屏或照相底片
图2-1 透射显微镜构造原理和光路示意图
TEM的简单成像过程可以表述如下：
热阴极电子枪 电子束 阳极加速 聚光镜会聚 成细电子束 穿透样品（穿透强度取决于样品的厚度、 平均原子序数、晶体结构或者位向的差别） 物镜 成像 中间镜和投影镜放大投射到荧光屏上
阳极
第一交叉点(电子 源50um)
图2-2 电子枪及其自偏压回路
阴极电子的发射率Jo =AT2·exp（-b/T） 2500~2700K范围内，
理想的电子源必须满足两个条件：高的稳定性以及高的亮度。
束 流
.饱和点
灯丝电流
图2-3 束流与灯丝电流关系示意图
电子枪的亮度为B=J0·eV/πkT， 即B与电子发射率J0成正 比。尽量找到J0高的材料可以提高电子枪的亮度。如LaB6的J0 就比W高一个数量级。
真空系统：由机械泵和扩散泵组成，可以达到10-5乇mmHg。 电源系统：由提供电子加速的高压部分和控制透镜聚焦成像 的低压部分组成。 。
1. TEM的照明统： 由电子枪和聚光镜 组成
1>.电子枪：是 TEM的电子源，由 阴极，阳极和控制 栅极组成。
灯丝变压 器
接负高压
100Ω
偏压电阻
100Ω
阴极 栅极帽
后焦平面 (衍射图)
A A1 A0 A2
物平面
B
B1 B0 B2
物镜
物镜光栏
像平面
B’
A’
图2-10 质厚衬度像成像原理
❖ 2>. 衍射衬度
入射电子同晶体 样品作用时，发 生布拉格散射,电 子只改变运动方 向，而不损失能 量，这种弹性散 射其强度与入射 电子方向和晶体 之间的相对取向 密切相关。
a） 过焦成像 边缘出现暗条纹 b） 欠焦成像 边缘出现亮条纹
3.成像原理
❖ OM和TEM形成反差（衬度）的机制不同
❖ 振幅衬度：反映了d>15 Å的结构
❖ 相位衬度：反映了d<15 Å的结构
❖ TEM中常用四种像：质厚衬度像，衍射衬度像，相 位衬度像和电子衍射花样
❖ 1>. 质厚衬度像
阿贝成像原理: