电子显微镜的介绍
利用电子显微镜观察原子结构
利用电子显微镜观察原子结构在纳米科技领域的迅速发展中，电子显微镜被广泛应用于观察物质的微观结构。
尤其是利用电子显微镜观察原子结构，可以揭示物质的基本组成和排列方式，为研究者提供了宝贵的信息。
本文将介绍电子显微镜的工作原理和应用，以及在观察原子结构方面的重要意义。
一、电子显微镜的工作原理电子显微镜是一种利用电子束来观察物体的显微镜。
相比传统光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数。
其工作原理主要包括以下几个步骤：1. 电子源发射：电子显微镜使用热阴极或冷阴极作为电子源，通过加热或电子枪发射出高速的电子束。
2. 加速：电子束经过加速电场加速至较高能量，通常为几千至数十万伏特。
3. 束缚：电子束经过准直孔和轴孔束缚系统束缚为平行束。
4. 预处理：束缚后的电子束经过减速和聚焦装置调整为合适的电子束直径和亮度。
5. 对物体进行照射与扫描：电子束照射到待观察的样品表面，然后通过扫描线圈对样品表面进行扫描。
6. 接收、处理与成像：电子显微镜中的探测器接收到被样品散射的电子，并将其转换为电信号。
信号经过放大、滤波和进行数字化处理后，通过电子显微镜的显示器或摄像机产生图像。
二、观察原子结构的方法和技术1. 原子力显微镜（AFM）：原子力显微镜是一种靠探针的物理接触直接检测原子尺寸和高度等信息的显微镜。
通过探针与样品表面的相互作用力来获取形貌信息。
2. 透射电子显微镜（TEM）：透射电子显微镜通过将电子束穿过样品，使其透射后与投影屏膜或通过透射电子显微镜的摄像机捕捉到的图像形成原子分辨率的图像。
3. 扫描隧道显微镜（STM）：扫描隧道显微镜通过利用扫描探针与样品表面之间的隧穿电流来测量样品表面的形貌和电子密度等信息。
可以实现原子分辨。
三、观察原子结构的意义观察原子结构对于理解物质的性质和行为具有重要意义。
以下是几个观察原子结构的意义示例：1. 揭示物质性质：观察原子结构可以了解物质的基本组成和排列方式，从而揭示其性质和特性。
扫描电子显微镜(SEM)简介
完成观察后，关闭扫描电子显微镜主机和计 算机，清理样品台，保持仪器整洁。
注意事项
样品求
确保样品无金属屑、尘埃等杂质，以 免损坏镜体或影响成像质量。
避免过载
避免长时间连续使用仪器，以免造成 仪器过载。
保持清洁
定期清洁扫描电子显微镜的镜头和样 品台，以保持成像清晰。
操作人员要求
操作人员需经过专业培训，了解仪器 原理和操作方法，避免误操作导致仪 器损坏或人员伤害。
操作方式
有些SEM需要手动操作，而有 些型号则具有自动扫描和调整 功能。
适用领域
不同型号的SEM适用于不同的领 域，如材料科学、生物学等，选
择时应考虑实际应用需求。
04
SEM的操作与注意事项
操作步骤
01
02
03
开机与预热
首先打开电源，启动计算 机，并打开扫描电子显微 镜主机。预热约30分钟， 确保仪器稳定。
场发射电子源利用强电场作用下的金属尖端产生电子，具有高亮度、低束流的优点， 但需要保持清洁和稳定的尖端环境。
聚光镜
聚光镜是扫描电子显微镜中的重 要组成部分，它的作用是将电子 束汇聚成细束，并传递到样品表
面。
聚光镜通常由两级组成，第一级 聚光镜将电子束汇聚成较大直径 的束流，第二级聚光镜进一步缩
小束流直径，提高成像质量。
生态研究
环境SEM技术可以应用于生态研究中， 例如观察生物膜、土壤结构等，为环 境保护和治理提供有力支持。
THANKS
感谢观看
样品放置
将样品放置在样品台上， 确保样品稳定且无遮挡物。
调整工作距离
根据样品特性，调整工作 距离（WD）至适当位置， 以确保最佳成像效果。
操作步骤
电子显微镜的工作原理
电子显微镜的工作原理电子显微镜是一种利用电子束来观察微观结构的仪器，其工作原理主要包括电子发射、电子透镜系统、样品与电子相互作用和信号检测等几个方面。
首先，电子显微镜的工作原理之一是电子发射。
电子显微镜中的电子是通过热发射或场发射的方式产生的。
在热发射中，通过加热钨丝或其他材料，使其表面的电子获得足够的能量，从而跃迁到空穴态，形成电子云，最终逸出金属表面。
而在场发射中，则是通过外加电场使金属表面的电子获得足够的能量，克服表面势垒而逸出金属表面。
其次，电子显微镜的工作原理还涉及到电子透镜系统。
电子透镜系统包括电子透镜和投影镜。
电子透镜通过调节电压和电流，控制电子束的聚焦和偏转，从而实现对样品的扫描和成像。
而投影镜则用于放大和观察样品的显微图像。
另外，电子显微镜的工作原理还包括样品与电子相互作用。
样品与电子相互作用是电子显微镜成像的基础。
当电子束照射到样品表面时，会发生多种相互作用，如散射、透射、吸收等。
不同的相互作用会产生不同的信号，从而形成样品的显微图像。
最后，电子显微镜的工作原理还涉及到信号检测。
在电子显微镜中，常用的信号检测方法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测量透射电子的强度和角度，来获取样品的内部结构信息。
而扫描电子显微镜则通过测量样品表面反射、散射和二次电子等信号，来获取样品的表面形貌和成分信息。
总的来说，电子显微镜的工作原理涉及电子发射、电子透镜系统、样品与电子相互作用和信号检测等几个方面。
通过这些原理的相互作用，电子显微镜能够实现对微观结构的高分辨率成像，为科学研究和工程应用提供了重要的技术手段。
TEM电子显微镜工作原理详解
TEM电子显微镜工作原理详解TEM电子显微镜是一种高分辨率的分析仪器，能够在纳米尺度下观察材料的微观结构和成分，对于研究材料的性质和特性具有重要意义。
本文将详细介绍TEM电子显微镜的工作原理，包括透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜。
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）工作原理：透射电子显微镜主要由电子光源、透镜和探测器组成。
首先，电子光源发射高能电子束，这些电子从阴极发射出来，经过加速器获得较高的能量。
然后，电子束通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和密集。
接着，电子束通过物质样本，部分电子被样本吸收或散射，形成透射电子。
这些透射电子被接收器捕获和放大成像，形成TEM图像。
透射电子显微镜的工作原理是基于电子的波粒二象性。
电子是一种粒子同时也是一种波动，其波动性质使得它具备非常短的波长，远远小于可见光的波长。
这使得TEM能够观察到比传统光学显微镜更小的尺度。
另外，透射电子显微镜在工作中还需要考虑电子束的束流强度、对样本的破坏性和控制样本与探测器之间的距离等因素。
TEM电子显微镜通过透射电子成像方式观察样本，因此对样本的制备要求非常高。
样品需要制备成非常薄的切片，通常厚度在几十纳米到几百纳米之间，以保证电子可以穿透。
对于一些无法制备成切片的样品，可以利用离子切割或焦离子技术获得透明的样品。
此外，在观察样本时需要避免污染和氧化等现象。
扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope，STEM）工作原理：扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种变种，它在透射成像的基础上加入了扫描功能。
STEM可以实现高分辨率的成像，同时也可以进行能谱分析和电子衍射。
STEM电子显微镜工作原理类似于透射电子显微镜，但需要注意的是，STEM使用的电子束并不需要通过所有的样本区域。
电子束只需通过样本中的一个小区域，然后扫描整个样本，因此样本制备要求和透射电子显微镜相比较低。
电子显微镜的发展与应用
电子显微镜的发展与应用电子显微镜是一种现代高科技仪器，它通过聚集电子束对材料的显微结构进行观察和分析，是材料科学、物理学等领域中最常用的分析手段之一。
本文将从电子显微镜的历史、原理、技术特点和应用方面进行介绍。
一、电子显微镜的历史电子显微镜是现代显微镜技术中的一种新型仪器，它的历史可以追溯到20世纪30年代末期。
当时人们开始尝试用电子束来取代光束观察物体的微小结构，以期获得更高分辨率的成像效果。
在短短几十年的时间里，电子显微镜技术得到了快速发展，主要表现在以下几个方面：1. 改善电子源的性能，例如提高电子束的能量和亮度，使得电子束更容易穿透厚样品。
2. 发展各种种类的探针，例如扫描探针显微镜、透射电子显微镜、衍射电子显微镜等，不同的探针具有不同的优缺点，可根据具体需求进行选择。
3. 发展样品制备技术，例如离子切割技术、冷冻切片技术、金属薄膜制备技术等，这些技术可提高样品的表面平整度和断面质量，从而获得更高质量的显微图像。
二、电子显微镜的原理电子显微镜的原理主要是利用电子束与样品相互作用所产生的各种信号（例如散射、透射、反射等信号），通过探针来探测这些信号从而获得目标物体的显微结构信息。
下面我们来分别介绍以下两种常用的电子显微镜：1. 透射电子显微镜透射电子显微镜原理与传统光学显微镜类似，通过透射样品的电子束来获得样品内部结构的信息。
透射电子显微镜的分辨率通常可以达到0.1nm左右，是目前分辨率最高的显微镜之一。
它适用于物质结构的研究，例如晶体学、材料学等领域。
2. 扫描电子显微镜扫描电子显微镜则是利用电子束的散射、反射信号来获取材料的表面形貌和组成信息。
其分辨率可以达到纳米级别，具有高度的表面灵敏度。
扫描电子显微镜适用于纳米材料、生物样品以及矿物材料等领域的研究。
三、电子显微镜的技术特点电子显微镜的技术特点主要表现在以下几个方面：1. 高分辨率：电子显微镜的分辨率远远高于光学显微镜，可以达到亚纳米级别，从而获得更为细节的结构信息。
电子显微镜的种类和应用
电子显微镜的种类和应用电子显微镜是一种先进的显微镜，它利用电子束取代了光束，其具有比光学显微镜更高的分辨率和更大的放大倍数。
它可以帮助人们更深入地了解物质的微观结构和性质，对于科研和生产等领域有着广泛的应用。
本文将介绍电子显微镜的种类和应用。
**一、传输电子显微镜**传输电子显微镜是一种利用电子束穿透样品进行观察的显微镜。
它可以使电子从样品的一个侧面进入样品，穿过样品并投射到另一个侧面的荧屏或CCD上进行观察。
它具有高分辨率和大放大倍数的特点，可以用于研究物质的晶体结构和组成。
此外，传输电子显微镜还可以通过分析电子透射图来获得样品的化学成分分布情况。
在材料科学领域，传输电子显微镜被广泛应用于纳米材料和杂化材料的研究。
例如，可以观察纳米颗粒的形成和生长过程，揭示其氧化还原性质和结构演变机制。
此外，通过传输电子显微镜还可以研究杂质缺陷和断裂等缺陷的形成和影响。
**二、扫描电子显微镜**扫描电子显微镜是一种利用电子束扫描样品表面进行观察的显微镜。
它可以获得高分辨率的图像和三维表面形貌信息，同时还可以进行成分分析和形貌分析。
扫描电子显微镜通常用于材料科学、生物医学、纳米技术和制造业等领域。
在材料科学领域，扫描电子显微镜被广泛应用于研究材料表面结构和性质。
例如，可以在扫描电子显微镜下观察纳米结构的表面形态和成分，进一步揭示材料的微观结构和晶体生长机制。
在生物医学领域，扫描电子显微镜被用于研究细胞结构和胚胎发育等问题。
**三、透射电镜**透射电镜是一种可实现高分辨率成像的电子显微镜。
它利用电子束穿透物质，通过激发电子的散射和衍射等现象产生高分辨率的影像。
透射电镜的优点是能够实现比扫描电镜更高的分辨率和更复杂的样品操作。
在材料科学领域，透射电镜被广泛应用于纳米材料、金属材料和生物分子等领域。
例如，通过透射电镜可以观察纳米结构材料的原子排列方式和表面吸附，揭示纳米颗粒的光学、磁学、电学等性质。
此外，透射电镜还被用于研究金属材料的强度和塑性机制，以及生物分子的结构和功能问题。
电子显微镜技术详细介绍
分辨率（resolution）
表示人眼和光学仪器能够辨别两点 之间最小距离的标志。
两点间的距离越小，表示： 分辨率 ？ 仪器所能分清被观察物体的细节 ？
分辨率是衡量电镜性能的重要指标
分辨率（resolution）
人眼分辨率 光镜分辨率 电镜分辨率
0.2毫米（mm） 0.2微米（µm） 0.2毫微米（nm）
电子显微镜的基本类型
✓透射电子显微镜(sransmission electron microscopy) ✓扫描电子显微镜(scanning electron microscopy) ✓分析电子显微镜 (analytic electron microscopy) ✓高压电子显微镜 (high voltage electron microscopy) ✓冷冻电子显微镜 (cryo- electron microscopy)
血管灌注固定速度快，固定均匀，可减少离体 或死亡后缺氧引起自发性的变化影响。
特别是对脑、心肌、肾脏等对 缺氧比较敏感的组织尤为重要
不同动物、不同组织对灌注中压力和速度的要求不同
灌注压力 灌注流量 （mmHg） （毫升/分）
肾
120～140
9～10
睾丸
200～220
单颗粒技术
电子断层成像技术
（Single Particle Technique ） （Electron tomography）
单颗粒技术 （Single Particle Technique ）
单颗粒技术（Single Particle Technique ） 膜蛋白TRPV1颗粒
电子断层成像技术（Electron tomography）
电子显微镜技术 （electron microscope）
电子显微镜原理
电子显微镜原理电子显微镜是一种利用电子束来观察物体的显微镜。
相较于光学显微镜，电子显微镜具有更高的放大倍数和更好的分辨率，可以观察到更小的物体细节。
本文将介绍电子显微镜的原理及其工作过程。
1. 电子显微镜的原理电子显微镜的原理基于电子的波粒二象性和其相对论性质。
根据德布罗意波动理论，物质粒子（包括电子）也具有波动性。
因此，电子束也可以像光波一样通过物质的干涉和衍射现象，从而实现对物体的观察。
2. 电子源电子显微镜的核心是电子源，它产生被加速并聚焦成束的电子。
常用的电子源包括热阴极电子源和场发射电子源。
热阴极电子源利用热释电子发射的原理。
通过加热钨丝或其他适当的材料，可以使材料上的电子越过离子势垒，从而形成电子束。
热阴极电子源可以提供高电子流密度，但需要较长的预热时间。
场发射电子源则利用电场加速电子直接从钨尖或碳纳米管等尖端发射出来。
场发射电子源具有更高的亮度和更短的预热时间。
3. 加速与聚焦系统电子显微镜中的加速与聚焦系统用于将电子束加速并将其聚焦到一个细小的区域。
加速电压的提高可以增加电子的动能，从而提高电子的穿透能力和分辨率。
聚焦系统主要由一组电磁透镜组成。
这些透镜通过调节磁场的分布，使得通过电场对电子束进行聚焦。
聚焦系统的调节可以改变电子束的聚焦深度和直径。
4. 样品台样品台用于容纳待观察的样品，并提供稳定的环境以保持样品的形态和性质。
样品台通常具有微调仪器，以便能够在显微镜下精确定位样品。
在电子显微镜中，样品通常需要进行特殊的处理，如金属涂层、冷冻或化学固定。
这些处理有助于提高样品的导电性和稳定性。
5. 探测器探测器用于接收从样品反射、散射或透射回来的电子束，并将其转化为图像。
最常用的探测器是荧光屏或光电倍增管。
当电子束击中探测器时，会产生光子或电子，并在探测器上形成亮点，从而形成显微镜图像。
除了荧光屏和光电倍增管，还有一些先进的探测器技术，如电荷耦合器件（CCD）和扫描探测器阵列（SEM）。
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发射式电子显微镜用于 自发射电子表面的研究。
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透射电子显微镜
透射电子显微镜TEM （Transmission Electron Microscopy，亦称投射
式电子显微镜）因电子束穿透样品后，再用电子透镜成像放大而得名。
成像原理：透射电镜是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物
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。
/moban
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电子显微镜主要发展史
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1932年
1939年
1965年
1959年
1975年
1981年
德国物 理学家 Knoll和 Ruska研 制成功 第一台 透射电 子显微 镜
德国西门 子公司生 产了第一 台商品用 的透射电 子显微镜
Faulk和 Taylor
1974
Romano及 同 事
197w7 /Hmoorbisabnerger及同事
电子显微镜技术 发 表 了 第一张生物组织茅膏菜属植物叶切片的电子显微图
将金属投影用于增加电镜图象反差 开始使用铀固定剂 甲基丙烯酸酯被用作包埋介质 用 玻 璃 刀进行组织切片 将缓冲液与锇酸混合，作为组织固定液 用电子显微镜分析细胞碎片 介 绍 切 片机和切片技术 使用钻石刀进行超薄切片，并创立冷冻超薄切片术 以磷钨酸为负染色剂观察了灌木病毒及烟草花叶病毒的超微结构
高锰酸钾作为固定剂 环 氧 树 脂作为包埋介质 介绍用重金属铅和铀对组织切片进行染色 采用冷冻置换技术制备生物样品 介 绍 Epon包埋介质 开始研究冷冻断裂技术 用戊二醛作预固定液保存细胞超微结构及活性，进行细胞化学方面研究
对蛋白质吸附于胶体金进行探讨 将蛋白质吸附于胶体金方法用于扫描电子显微镜 胶体金颗粒作为一种示踪物用于电子显微技术研究 胶体金作为抗血清特异标记物用于透射电子显微镜 首 次 制 备蛋白质A-金 复合物 建立了制备免疫球蛋白-金颗粒基本方法
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电子显微镜技术的应用
样品制备方法主要包括：
超薄切片、负染色、金属投影、冷冻复型、快速冷 冻深度蚀刻技术、免疫电子显微镜术、扫描电镜常规样品 制备及扫描电镜冷冻断裂技术等。
在生命科学领域可用于胚胎及组织发生学方面的研究和观 察；
在临床上可用于多种疾病亚细胞结构病变的观察和诊断， 特别是肾小球疾病及肌病的诊断，以及一些疑难肿瘤的组 织来源和细胞属性判定，如一些去分化、低分化或多向分 化肿瘤的诊断和鉴别诊断；在农林科学方面，电镜技术对 植物各种疾病病因诊断与防治的研究越来越重要。
/moban
英国剑桥 科学仪器 有限公司 扫描电子 显微镜作 为商品问 世
中国科学 院长春光 学精密机 械与物理 研究所研 制成功第 一台透射 电子显微 镜
中国科学 院北京科 学仪器厂 研制成功 第一台扫 描电子显 微镜
瑞士科学 家Binnig、 Rohrer、 Gerber和 Weible发 明扫描隧 道显微镜
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电子显微镜的组成
电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
荧光屏
电子源是一 电子源
个释放自由
电子的阴极
，栅极，一
个环状加速
电子的阳极
构成的。 探测器用来
探测器
收集电子的
信号或次级
信号
镜筒
电子透镜 电子透镜
用来聚焦电 子，是电子 显微镜镜筒 中最重要的
部件。
样品架
1955
Hall和 Huxley
1956
Luft
1956
Glauert
1958
Watson
1959
Moran
1961
Luff
1957
Steere
1963
Sabatini及 同 事
1939
K auschehe和 Ruska
1939
Horisberger192Feldherr和 Marshal
1971
Company Logo
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电子显微镜技术发展简史
年代
研究者
1934
Marotn
1946
Williams和 Wyckof f
1947
Claude
1949
1950
Latta和 Hartmann
1952
Palade
1956
Palade和 Siekevitz
1953
Porter和 Blum
Moran
样品可以稳定地放在样品架上 。此外往往还有可以用来改变 样品（如移动、转动、加热、 降温、拉长等）的装置。
真空装置用以保障显微镜内的真空状态，这样电子在其路径上不会被吸收或偏 向，由机械真空泵、扩散泵和真空阀门等构成，并通过抽气管道与镜筒相联接。 wps.c电n/m源ob柜an由高压发生器、励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成 Company Logo
1
2
3
透射电镜是透射成像， 图像是二维的，靠欠焦 形成一定的图像反差。 透射式电子显微镜常用 于观察那些用普通显微 镜所不能分辨的细微物 质结构
/moban
扫描电镜是反射成像，图 像是三维的，有很好的立 体感，但分辨率低于透射 电镜，目前指标分辨率可 以达到3个纳米。扫描式电 子显微镜主要用于观察固 体表面的形貌，也能与X射 线衍射仪或电子能谱仪相 结合，构成电子微探针， 用于物质成分分析
Logo 电子显微镜 electron microscope
Contents
Logo
1
电子显微镜的定义、用途及种类
2
电子显微镜的历史及发展
3
电子显微镜的组成
4
电子显微镜的生产情况
/moban
Company Logo
电子显微镜的定义
Logo
电子显微镜 (electron microscope，EM)一般 是指利用电磁场偏折、聚焦电子及电子与物质 作用所产生散射之原理来研究物质构造及微细 结构的精密仪器。近年来，由于电子光学的理 论及应用发展迅速，此项定义已嫌狭窄，故重 新定义其为一项利用电子与物质作用所产生之 讯号来监定微区域晶体结构、微细组织、化学 成份、 化学键结和电子分布情况的电子光学装 置。
利用电镜技术观察高分子、表面活性剂、碳纳米管及纳米
粒子等结构形态，为化学及材料科学研究提供了有力的技
术手段。 /moban
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电子显微镜的分类
Logo
分类：电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式 电子显微镜、反射式电子显微镜、发射式电子显微镜等。
用途