透射电子显微镜详解

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透射电子显微镜介绍

透射电子显微镜介绍
不能荷电; 5、样品及其周围应非常清洁,不能带进外来物,以保证图像的质量和真实性。
对于材料研究用的TEM试样大致有三种类型: 经悬浮分散的超细粉末颗粒。 用一定方法减薄的材料薄膜。 用复型方法将材料表面或断口形貌复制下来的复型膜。
对支持膜的要求:
➢ 要有相当好的机械强度,耐高能电子轰击; ➢ 应在高倍下不显示自身组织,本身颗粒度要小,以提高样品分辨率; ➢ 有较好的化学稳定性、导电性和导热性。
二、透射电子显微成像
使用透射电镜观察材料的组织、结构,需具备以下两个前提: 一是制备适合TEM观察的试样,厚度100-200nm,甚至更薄; 二是建立电子图像衬度理论 像衬度是指电子像图上不同区域间光强度的差别。 透射电镜的像衬度来源于样品对入射电子束的散射。可分为:
衍射衬度:晶体薄膜试样显微图像 质厚衬度 :非晶态试样图像
形貌+结构 空心结构
四、透射电镜得到的信息
晶格条纹+电子衍射
(1)量取两个晶面晶面之间的距离 (2)与标准卡片去比对,选择合适的面
四、透射电镜得到的信息
线扫 Line Scan 面扫 Mapping
EDS元素分析
四、透射电镜得到的信息

一般成像 模式
明场像 (BF) 暗场像 (DF)
微观形貌,厚度差异,尺寸大小 取向,分布,结构缺陷
在明场像情况下,原子序数较高或样品较厚的 区域在荧光屏上显示较暗的区域。在暗场像情 况下,与明场像相反。
质量厚度衬度:对于无定形或非晶体试样,电子图像的衬度是由于试样各 部分的密度ρ和厚度t不同形成的,简称质厚衬度。
成像的影响因素
➢ 电子数目越多,散射越厉害,透射电子就越少,从而图像就越暗 ➢ 样品厚度、原子序数、密度对衬度也有影响,一般有下列关系:

透射电子显微镜

透射电子显微镜

透射电子显微镜透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)是一种应用电子束来得到材料结构像的高级显微技术。

它利用电磁镜的光学原理,以及电子的波动特性,将电子束在探测物体内部透射,从而形成高分辨率的图像。

TEM 的分辨率可以达到亚微米或更小,非常适用于分析各种物质,特别是纳米材料。

TEM 的构成有两种电子透射模式,其中之一是常规TEM,工作在单一的透射透射模式下,它包括电子光源、准直器、样品室、投影仪、检测器、注册试探仪等。

另一种是扫描透射电子显微镜(STEM),它采用高速扫描的电子束来探测物体,可以进行斑点图、倒切板图片和高分辨率再现图等。

TEM 的工作原理基于电荷互作用和电磁学现象,通过电子的散射和透射来观察样品的结构。

在TEM 中,电子束首先通过准直器调节出一条射线,然后射线穿过样品后被投影到检测屏幕上。

扫描透射电子显微镜中,电子束和样品之间的交互作用会产生出二次电子,这些二次电子的分布用来表示样品的结构。

TEM 的优势在于具有极高的分辨率,可以观察到少至1 nm以下的细小结构。

其中比较常用的应用包括纳米科学、生物学、材料科学等,在纳米科学和材料科学领域中,TEM 被用于表征材料的内部结构、颗粒大小、形态、晶体结构、变化过程,以及生物学研究中的微生物、纤维、DNA、RNA和蛋白质等。

TEM 还可以为其他高级技术提供支持,例如高角度涟漪散射(高解析度X-射线衍射)技术和高设置扫描电子显微镜(高分辨扫描电子显微镜)技术。

除了高分辨率和多种样品的适用性之外,TEM 具有快速成像和低成本,可以在短时间内获取大量高质量的数据。

不过,TEM 的缺陷也首当其冲,一是样品具有毒性、易挥发和不稳定等问题,在十分苛刻的条件下观察到的长路程的二次电子会严重影响图像质量;二是其样品处理和准备要求较高,需要制备极薄的切片样品和复杂的制备工艺;三是必须在真空状态下操作,环境污染对其有很大影响。

电子行业第七章透射电子显微镜

电子行业第七章透射电子显微镜

电子行业第七章透射电子显微镜1. 引言透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)是一种利用电子束通过物质样品来观察和分析样品内部结构的高分辨率显微镜。

它在电子行业中具有重要的应用价值。

本文将介绍透射电子显微镜的原理、组成部分、工作原理以及在电子行业中的应用。

2. 原理透射电子显微镜的工作原理主要基于电子的波粒二象性,即电子既具有波动性又具有粒子性。

透射电子显微镜通过将电子射入样品,并测量透过样品的电子束的强度和相位的变化,从而获得具有高分辨率的样品图像。

3. 组成部分透射电子显微镜主要由以下几个组成部分构成:3.1. 电子源透射电子显微镜通常使用热阴极电子枪作为电子源。

热阴极电子枪通过加热钨丝,使其发射出带有高能电子的电子束。

3.2. 透镜系统透射电子显微镜的透镜系统主要包括凸透镜和凹透镜。

这些透镜可以通过调节电磁场来聚焦或散射电子束,从而控制电子束的路径和聚焦度。

3.3. 样品台样品台是透射电子显微镜用来固定和支撑样品的平台。

样品通常是非导电材料,需要使用特殊的处理方法,例如金属镀膜,以增强电子的透射性。

3.4. 探测器透射电子显微镜的探测器用于测量透过样品的电子束的强度和相位的变化。

常用的探测器包括闪烁屏、像差补偿系统和光电倍增管。

4. 工作原理透射电子显微镜的工作原理可以分为以下几个步骤:1.电子源产生高能电子束。

2.电子束通过透镜系统进行聚焦和聚差。

3.电子束通过样品,并透过样品的部分电子被散射、吸收或透射。

4.探测器测量透过样品的电子束的强度和相位的变化。

5.根据探测器的测量结果,生成和显示样品的图像。

5. 应用透射电子显微镜在电子行业中有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域:5.1. 材料科学透射电子显微镜可以用于研究材料的晶体结构、晶格缺陷、纳米颗粒等。

它可以提供高分辨率的图像和成分分析结果,帮助研究人员了解材料的性质和行为。

5.2. 生物学透射电子显微镜可以用于观察生物样品的超微结构,例如细胞器、细胞核、细胞膜等。

透射电子显微镜步骤

透射电子显微镜步骤

透射电子显微镜步骤透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM)是一种非常重要的科学仪器,用于观察微观尺度下的物质结构。

与光学显微镜相比,透射电子显微镜使用的是电子束而不是光束,通过透射电子的原理来观察样本的巨细无遗的内部结构。

本文将介绍透射电子显微镜的工作原理和具体操作步骤。

一、透射电子显微镜的工作原理透射电子显微镜主要由电子源、电子光学系统(包括透镜和减速电势),样品台、显微镜筒和检测器等组成。

其工作原理基于透射电子的性质,通过像差补偿技术来获得清晰的图像。

首先,电子枪产生高能电子束,通过电子光学系统进行加速和聚焦。

然后,电子束通过样品台,与样品进行相互作用。

在样品内部,电子束受到不同区域的散射和吸收,产生干涉和衍射现象。

最后,通过检测器来记录电子束通过样品后的信号,形成图像。

二、透射电子显微镜的操作步骤1. 样品制备在使用透射电子显微镜之前,首先需要制备样品。

样品制备的过程包括选择合适的样品材料、切割样品成薄片或小块、样品抛光以去除表面粗糙度,并最终制备成适合透射电子显微镜观察的样本。

2. 样品放置将制备好的样品放置在透射电子显微镜的样品台上。

为保持样品的稳定性,通常会采用样品夹具或胶水等固定样品。

3. 外层真空打开透射电子显微镜的真空系统,将内部气体抽取,创造一个接近真空的环境。

这样可以防止电子束与空气中的分子发生散射。

4. 对准样品通过调整透射电子显微镜的调节杆,使电子束对准样品。

这个过程需要耐心和细致的调整,以确保电子束准确地通过样品。

5. 选择合适的倍数和放大率根据需要观察的样品特性,选择合适的倍数和放大率。

透射电子显微镜通常具有多个倍数和放大率可以选择,以满足不同的观察需求。

6. 调整对焦和亮度通过调整透射电子显微镜的对焦调节手轮,使得样品图像清晰可见。

同时,可以通过调节透射电子显微镜的亮度调节手轮,使图像亮度适宜。

7. 记录图像通过透射电子显微镜的检测器记录图像。

透射电子显微镜----仪器分析

透射电子显微镜----仪器分析

透射电镜电子图象形成原理
1.散射衬度象 ① 单个原子对入射电子的散射:
弹性散射、非弹性散射 ② 散射衬度象成原理
I/I0=e-N/Aσρt 散射衬度象:样品特征通过对电子散射能力 的不同形成的明暗差别象。 2.衍射衬度象 3.相位衬度象
电子的散射与衍射
当从电子枪发射的一束电子沿一定入射方向进入 物质内部后,由于与物质的相互作用,使电子的 运动方向发生改变,这一过程称为物质对电子的 散射。在散射过程中,如果入射电子只改变运动 方向,而不发生能量变化,称为弹性散射。如果 被散射的入射电子不但发生运动方向的变化,同 时还损失能量,则称为非弹性散射。
透射电子显微镜
1 透射电镜主要结构 2 透射电镜电子图象形成原理 3 透射电镜样品制备 4 电子衍射及结构分析
透射电子显微镜
透射电子显微镜是利用电子的波动性 来观察固体材料内部的各种缺陷和直接观 察原子结构的仪器。尽管复杂得多,它在 原理上基本模拟了光学显微镜的光路设计, 简单化的可将其看成放大倍率高得多的成 像仪器。一般光学显微镜放大倍数在数十 倍到数百倍,特殊可到数千倍。而透射电 镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之间, 有些甚至可达数百万倍或千万倍。
(a)
Re
-
θ (b)
由于电子的质量与原子核相比是一个可以忽略的 小量,在电子与原子核碰撞过程中原子核可以认 为是固定不动的,原子核对电子的吸引力满足距 离平方反比定律。如果原子的原子序数为Z,核电 荷Ze,电子的电荷-e,势能为 V Ze2
R
散射角θ的大小由入射电子与核的距离Rn决定。 在半径为Rn的散射截面内,电子的散射角大于 θ,有关系式
① 在同一试样上把物相的形貌观察与结构分析 结合起来;
② 物质对电子的散射更强,约为X射线的一百 万倍,特别适用于微晶、表面和薄膜的晶体结构 的研究,且衍射强度大,所需时间短,只需几秒 钟。

TEM(透射电子显微镜)

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

透射电子显微镜下的生物大分子结构解析

透射电子显微镜下的生物大分子结构解析

透射电子显微镜下的生物大分子结构解析一、透射电子显微镜技术概述透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)是一种利用电子束穿透样品的高分辨率显微镜技术。

与传统的光学显微镜相比,透射电子显微镜能够提供纳米级别的分辨率,这使得它在生物大分子结构解析领域具有独特的优势。

本文将探讨透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用,分析其原理、技术特点以及在生物科学领域的重要作用。

1.1 透射电子显微镜的基本原理透射电子显微镜的工作原理基于电子光学原理,电子束通过电磁透镜聚焦,穿透样品后,由检测器接收并转换成图像。

由于电子波长远小于可见光,因此TEM能够达到比光学显微镜更高的分辨率。

1.2 透射电子显微镜的技术特点透射电子显微镜具有以下技术特点:- 高分辨率:能够达到原子级别的分辨率,适合观察生物大分子的精细结构。

- 多模式成像:除了传统的透射成像外,还可以进行扫描透射成像(STEM)和电子衍射等。

- 样品制备要求:需要将生物样品制备成极薄的切片,以确保电子束的有效穿透。

- 环境控制:需要在高真空环境下操作,以避免电子束与空气分子的相互作用。

1.3 透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用非常广泛,包括蛋白质、核酸、病毒等生物大分子的形态学研究和结构分析。

二、生物大分子结构解析的技术和方法生物大分子结构解析是一个复杂的过程,涉及多种技术和方法。

透射电子显微镜技术在这一过程中扮演着重要角色,但也需要与其他技术相结合,以获得更全面和准确的结构信息。

2.1 样品制备技术生物大分子的样品制备是结构解析的第一步,也是关键步骤之一。

透射电子显微镜要求样品必须足够薄,通常需要使用超微切割、冷冻断裂或聚焦离子束等技术来制备样品。

2.2 高分辨率成像技术高分辨率成像是获取生物大分子结构信息的基础。

透射电子显微镜通过优化电子束的聚焦、样品的放置和成像条件,可以获得高质量的图像。

《透射电子显微镜》课件

《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
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JEM-2010F型透射电子显微镜外观图
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
CM200-FEG场发射枪电镜
加速电压20KV--200KV、 可连续设置加速电压 热场发射枪 晶格分辨率 1.4Å 点分辨率 2.4Å 最小电子束直径1nm 能量分辨率约1ev 倾转角度α=±20度
β=±25度
二、 TEM结构---电子光学系统
1.电磁透镜 ◆ 电磁透镜----原理
透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚 焦成像的装置是电磁透镜。
A
C
O’
O
Z
电磁透镜的聚焦原理示意图
电磁透镜的焦距可由下式近似计算
1 1 1
f
L1
L2
M
f
L1 f
f K Ur (IN )2
式中 K—常数 Ur—经相对论校正的电子加速电压 IN—电磁透镜激磁安匝数
◆ 加速电压
加速电压高.穿透能力强,可观察厚试样. 一般50—200KV.材料分析常用100KV或 200KV.
线分辨率(晶格分辨率): 能分辨试样两线最小距离. 1—
1.5A0.
测定
点分辨率: 真空蒸发铂、铂-铱等,得到粒度5-10A0,
间 距 2 - 1 0 A0 粒 子 , 分 布 在 支 撑 薄 上 , 在 已 M 的
TEM中成像,测出两粒子最小间距,则 间距/M.
r0 最小
线分辨率(晶格分辨率): 外延生长获定向单晶膜, 使已知晶面与支撑薄垂直,摄晶格像,能观察到
的最小面间距.即 r0
晶格分辩率测定 金(220)、(200)晶格像
◆ 放大倍数
要将试样上10A0,放大到0.2um(人眼分辨), 需200万倍.故有时要借助附带光学镜(510倍). 利用光栅用试样,摄其放大像,测量 光栅条纹像的平均间距,与实际光栅条纹 间距之比即为相应条件下的放大倍数.高 放大倍数时,应利用晶格像,测量晶格像条 纹间距,与实际晶面间距之比,即M.
选区光阑(视场光阑)
置于物镜像平面上,对样品区域进行选择分析, 光阑孔径可调.如物镜放大倍数50倍时,则选择 光阑孔50um,可选择试样的分析区为1um.
§7.3 透镜的主要性能指标及测定
◆ 分辨率 ◆ 放大倍数 ◆ 加速电压
◆ 分辨率
表示方法:
点分辨率: 能分辨试样两点最小距离. 1.5—2A0
透射电子显微镜
◆ TEM的结构与成像原理 ◆ 主要部件的结构与工作原理 ◆ TEM主要性能指标及测定
§7-1 TEM的结构与成像原理
一、 成像原理
采用聚集电子束为照明源照射试样,产生 透射电子信号.
试样各区域的组织结构不同,透射电子的 强度不同,其与试样相应区域形貌、组织 结构一一对应.
反映各微区组织结构特征的透射电子束, 经多级聚集放大,在荧光屏上,各微区电子 强度分布再现试样组织结构形貌.
◆ 样品台---侧插式样品傾斜装置
2. 电子束倾斜与平移装置
利用磁偏转器可使电子束平移、偏转 平移:上、下偏转线圈偏转角相等,但方向
相 反. 倾斜: 上线圈偏θ转角,下线圈反方向偏转
θ+β角,则倾斜了角β
3. 消像散器
作用:矫正电磁透镜磁场,使其旋转对称. 措施:在电磁透镜磁场周围放置两组四对导
◆ 电磁透镜---特点
■ 像差:存在像差 (球差 、象散、色差)。象 散可加装消象散器消除,色差通过稳定电压克 服,但球差 难于克服。
■ 分辨率:由衍射效应、球差两因素决定。
3
1
r A4 C0 4
A=0.4-0.55,所以电磁透镜的最佳分辨率1A0
■ 电磁透镜孔径半角小, 102 103 rad 景深大,焦长长
磁体,每结磁体同极相对安置,通过改变两 组电磁体的磁场强度和方向,校正透镜的 椭圆形磁场.
4. 光阑
聚光镜光阑
限于制上照方明;孔双径聚半光角镜.,直置径于第2二0聚.4光00镜u如m下单方聚. 光镜,置
物镜光阑(衬度光阑)
置于物镜后焦平面上,直径 20 1.20u目m的是挡住
散射角较大的电子束,从而在像平面上形成一定 衬度的图像. 物镜光阑使孔径角减小,能减小像 差.
聚光镜
试样 照明部分示意图
3. 电子光学系统----成像系统
◆ 物镜(强激磁、短焦距、像差小) 作用:形成第一幅高分辨率的电子显微图像. 特点: M=100-300, f=1--3mm. ◆ 中间镜(弱激磁、长焦距) 作用:调节电镜总放大倍数. 特点: M=0-20可调. ◆ 投影镜(强激磁、短焦距) 作用:放大中间镜像,并投影至荧光屏上
目前高性能TEM一般采用两个中间镜、两个 投影镜,5极透镜放大
选区光阑
(a)高放大率
(b)衍射
(c)低放大率
物镜关闭 无光阑
中间镜 (作物镜用)
第一实象 投影镜
极低放 大率象
(荧光屏)
普查象
三、 TEM结构---真空、电源系统
◆ 真空系统: 保证镜筒内真空度,防止气体 电离放电,电子受气体分子散射,以及灯丝 氧化.一般真空度为10-4—10-7 毫米汞柱。
由上式可知无论激磁方向如何,电磁透镜的焦 距总是正的。改变激磁电流,电磁透镜的焦距和 放大倍数将发生变化。因此,电磁透镜是一种变 焦距或便倍率的汇聚透镜,这是它有别于光学透 镜的一个特Leabharlann 。◆ 电磁透镜-----类型
软磁壳电磁透镜
极靴透镜 :
在铁壳内,通过部件组装成四个向轴中心延伸的锥 状圆柱形,形成靴形,使有效磁场集中在轴向很短距 离内(几毫米) .极靴透镜中心BZ ↑,弯曲↑,聚集能 力↑,焦距短.
◆ 电源系统: 保证阴极稳定负压,提供稳定 的电流,使电子波长稳定,色差小. 透射电镜需要两部分电源:一是供给电子 枪的高压部分,二是供给电磁透镜的低 压稳流部分。 电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极 为重 要的标志。
§7.2 主要部件的结构与工作原理 1. 样品台 作用: 承接样品,使样品平移、倾斜 样品铜网:支撑小而薄试样; 样品杆:实现使样品平移、倾斜
光源
聚光镜 试样 物镜
电子镜 聚光镜
试样 物镜
中间象 目镜
中间象 投影镜
毛玻璃 观察屏 照相底板 照相底板
2. 电子光学系统----照明系统
◆ 组成: 电子枪、聚光镜、阴阳极等. ◆ 作用:提供一束高亮度、孔径半角小、
平行度好、束流稳定的电子波
阴极(接 负高压) 控制极 (比阴极负 100~1000伏) 阳极 电子束
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