电子显微镜
光学显微镜和电子显微镜的区别
光学显微镜和电子显微镜的区别光学显微镜和电子显微镜在许多方面都有显著的区别。
下面将从定义、工作原理、分辨率、应用领域和局限性五个方面来详细讨论这两种显微镜的区别。
一、定义光学显微镜：光学显微镜是一种利用可见光和光学透镜成像的显微观察工具，其放大倍数一般在20到2000倍之间。
电子显微镜：电子显微镜（通常简称为电镜）是一种利用电子束和电磁透镜成像的显微观察工具，其放大倍数一般在数千到数十万倍之间。
二、工作原理光学显微镜：光学显微镜的工作原理主要是基于凸透镜的成像原理。
光线通过显微镜的镜头后，由凸透镜将光线聚焦并形成物体的放大图像。
电子显微镜：电子显微镜则是利用电子枪发射电子束打到样品上，然后通过电磁透镜将电子束聚焦并形成物体的放大图像。
由于电子的波长比光子短，因此电子显微镜能够获得比光学显微镜更高的分辨率。
三、分辨率光学显微镜：由于可见光的波长限制，光学显微镜的分辨率受到限制，通常最大分辨率约为0.2微米。
电子显微镜：由于电子的波长比光子短，因此电子显微镜具有更高的分辨率。
在最佳条件下，现代电子显微镜的分辨率可以低于0.1纳米。
四、应用领域光学显微镜：光学显微镜在许多领域都有广泛的应用，如生物学、医学、地质学、化学等。
例如，生物学家可以用光学显微镜观察细胞结构，医学工作者可以用它观察病理切片。
电子显微镜：电子显微镜主要用于观察微小的物体结构，如材料科学中的晶体结构、生物学中的病毒和细菌等。
此外，电子显微镜还可以用于观察样品的内部结构，这是光学显微镜无法做到的。
五、局限性光学显微镜：虽然光学显微镜具有广泛的应用，但在观察微小物体或高分辨率成像时可能会受到限制。
此外，由于可见光的限制，光学显微镜无法观察到某些非透明样品。
电子显微镜：虽然电子显微镜具有很高的分辨率，但它需要非常昂贵的设备和专业的操作技能。
此外，由于电子束对样品的穿透能力有限，因此在对厚样品进行成像时可能会受到限制。
同时，由于电子显微镜需要真空环境工作，因此对于某些需要在自然环境条件下观察的样品（如生物活体）可能不太适用。
电子显微镜技术
电子显微镜技术电子显微镜（electron microscope）是一种重要的科学仪器，通过利用电子束而非光来观察被观察物体的细节和结构。
它在物理学、生物学、材料科学等领域起到了至关重要的作用。
本文将介绍电子显微镜的原理、分类以及在科学研究和工业中的应用。
一、电子显微镜的原理电子显微镜采用了不同于光学显微镜的物理原理。
光学显微镜利用可见光波长进行观察，限制了最小可见物体的分辨率。
而电子显微镜则通过使用电子束（一种具有较小波长）的技术，克服了光学显微镜的限制。
典型的电子显微镜由电子镜枪、导向系统、对象台和检测系统等部分组成。
电子镜枪产生高能电子束，导向系统将电子束引导到对象台上的待观察样本上。
样本与电子束发生相互作用，产生的信号经过检测系统转化为图像，供研究者观察和分析。
二、电子显微镜的分类根据电子束的发射方式，电子显微镜分为传统电子显微镜和扫描电子显微镜两种类型。
传统电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）使用薄片样本，电子束穿过样本后被空气或真空中的荧光屏捕获，得到二维的透射电子图像。
这种电子显微镜常用于观察极小物体的内部结构，例如纳米级的生物分子、晶体的结构等。
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）则通过对样本表面扫描，采集样本表面与电子束相互作用反射的电子，生成三维图像。
这种电子显微镜在观察表面形貌和分析样本的成分和表面纹理方面有着很大的优势。
三、电子显微镜的应用电子显微镜技术在许多领域都得到了广泛应用。
在科学研究领域，电子显微镜为研究者们提供了观察微观世界的工具。
例如在物理学中，科学家们利用电子显微镜来研究材料的结构和成分，用于分析材料的导电性、磁性等特性。
生物学家则利用电子显微镜观察细胞、细胞器官、蛋白质等微观生物结构，从而深入研究生物的基本组成和功能。
在工业领域，电子显微镜技术被广泛应用于材料科学和质量控制等领域。
电子显微镜原理
电子显微镜原理电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）是一种利用电子束来进行观察样本的显微镜。
相比于光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数，能够观察到更小的细胞和更细微的结构。
电子显微镜的工作原理基于电子的波粒二象性。
根据德布罗意关系，电子具有与它们的动量和速度相对应的特定波长。
当电子通过透明的样本之后，会与样本中的原子和分子相互作用，造成电子的散射、折射和吸收。
通过探测被收集的电子信号的变化，可以获取样本的信息。
电子显微镜主要由电子光源、准直系统、样品室、显微镜筒和检测系统等组成。
电子光源产生高速电子束，准直系统通过狭缝和透镜来准直电子束并聚焦到样品上。
样品室内放置待观察的样本。
电子束与样本相互作用后会产生各种电子信号，这些信号被收集并转换为图像。
显微镜筒内有一系列电子镜头，用于进一步放大和聚焦电子图像。
最后，检测系统记录和显示被收集的电子信号，生成高清晰度的图像。
电子显微镜可以通过改变电子束的特性（如能量、强度等）以及各种显微镜筒中的镜头，来实现不同的观察模式和成像模式。
常见的电子显微镜包括传统的透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）。
TEM主要用于观察样品的内部结构，而SEM则更适合观察样品表面的形貌和表征。
总之，电子显微镜以电子束代替光束，利用电子与样品相互作用所产生的信号进行观察和成像。
这一原理使得电子显微镜在生物学、材料科学、纳米技术等领域得到广泛应用。
电子显微镜使用方法
电子显微镜使用方法电子显微镜是一种高分辨率显微镜，可以用于观察微观结构和表面形貌。
以下是电子显微镜的使用方法：1. 准备样本：- 选择要观察的样本，确保它们具有透明性和导电性。
- 将样本切割成合适的尺寸，并进行必要的处理（如金属蒸镀）以增强导电性和对比度。
2. 打开电子显微镜：- 打开电子显微镜的电源开关，并等待一段时间，直至系统稳定。
3. 调整电子束参数：- 使用亮度调节旋钮调整电子束的亮度，使其适中但不过亮。
- 使用对比度调节旋钮调整电子束的对比度，以获得清晰的图像质量。
4. 定位样本：- 使用样本定位台将样本放入电子显微镜中，并通过移动台的控制器将样本定位在所需的位置上。
- 使用显微镜底部的光学系统进行粗略对焦，以确保样本大致清晰可见。
5. 精细对焦：- 使用电子显微镜的对焦装置（通常配有纳米级别的精细调节）对样本进行精细对焦，以获得最清晰的图像质量。
6. 图像观察：- 通过电子显微镜的视觉系统直接观察样本的图像。
- 根据需要，可以通过调整电子束参数和对焦进行优化，以获得更好的图像。
7. 图像记录：- 如果需要记录图像，可以使用电子显微镜的图像捕捉功能，将图像保存在计算机或其他存储设备中。
8. 清洁和关闭：- 使用清洁软布轻轻清洁样本和电子显微镜的表面。
- 关闭电子显微镜的电源开关，并遵循制造商提供的指示将设备关闭。
请注意，以上是电子显微镜的基本使用方法，具体的操作步骤可能因不同的电子显微镜型号而有所不同。
使用电子显微镜时，请务必按照制造商提供的操作指南进行操作。
电子显微镜的原理与应用
电子显微镜的原理与应用电子显微镜（Electron Microscope）是一种基于电子束原理的先进显微技术，其原理和应用领域广泛且具有重要意义。
本文将对电子显微镜的原理与应用进行讨论，探究其在科学研究、工业制造等领域的重要性和效果。
一、电子显微镜的原理电子显微镜的工作原理是利用电子束来替代光束，这样可以克服普通光学显微镜的分辨率限制。
电子束的波长要比可见光短得多，从而极大地提高了显微镜的分辨率。
电子显微镜主要包括电子光源、样品支持系统、探测系统和影像处理系统。
1. 电子光源电子光源是电子显微镜最重要的组成部分，通常采用热阴极电子枪。
在电子枪内部，电热阴极加热产生电子，并通过高电压加速，形成高速的电子束。
2. 样品支持系统样品支持系统用于固定和定位待观察的样品，通常使用金属或碳薄膜作为基底。
样品支持系统需要在真空环境下进行，以防止电子束的散射和衰减。
3. 探测系统探测系统主要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样品内部的透射电子进行成像，可以观察到物质的原子结构。
扫描电子显微镜则通过扫描电子束在样品表面的反射产生图像。
4. 影像处理系统影像处理系统用于处理电子显微镜所获得的图像，提取和增强所需信息。
常见的处理方法包括滤波、增强、对比度调整等。
二、电子显微镜的应用电子显微镜在各个领域都有广泛的应用，尤其在材料科学、生命科学和纳米技术等领域表现出色。
1. 材料科学电子显微镜可以观察材料的微观结构和组成，帮助研究人员理解材料的性质和行为。
特别是在纳米材料研究中，电子显微镜能够观察到纳米尺度的结构，对纳米材料的合成和性能研究起到关键作用。
2. 生命科学电子显微镜对于生命科学领域的研究也具有重要价值。
透射电子显微镜可以观察到生物分子和细胞内部的结构，帮助科学家了解细胞的功能和机制。
扫描电子显微镜可以用于观察生物表面的形态和结构，并提供更高分辨率的图像。
3. 纳米技术随着纳米技术的发展，电子显微镜在纳米加工和纳米制备领域起到了关键作用。
电子显微镜
透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚 焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上。 中间镜主要通过对励磁电流的调节，放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍；改变中间镜的焦距，即可在同 一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像。
因此，透射电子显微镜突破了光学显微镜分辨率低的限制，成为了诊断疑难肿瘤的一种新的工具。有研究报 道，无色素性肿瘤、嗜酸细胞瘤、肌原性肿瘤、软组织腺泡状肉瘤及神经内分泌肿瘤这些在光镜很难明确诊断的 肿瘤，利用电镜可以明确诊断电镜主要是通过对超微结构的精细观察，寻找组织细胞的分化标记，确诊和鉴别相 应的肿瘤类型。细胞凋亡与肿瘤有着密切的关系，电镜对细胞凋亡的研究起着重要的作用，因此利用电镜观察细 胞的超微结构病理变化和细胞凋亡情况，将为肿瘤的诊断和治疗提供科学依据。
电子显微镜
光学仪器Βιβλιοθήκη 01 组成03 参数 05 缺点
目录
02 种类 04 样本处理 06 应用
基本信息
电子显微镜，简称电镜，英文名Electron Microscope（简称EM），经过五十多年的发展已成为现代科学技 术中不可缺少的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，光学显微镜的分辨率为0.2μm，透射电子显微镜 的分辨率为0.2nm，也就是说透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。
生物学
在分子生物学、分子遗传学及遗传工程方面的研究；昆虫分类的研究：人工合成蛋白质方面的研究以及对各 种细菌；病毒、噬菌体等微生物的研究 。
电子显微镜实验报告
一、实验名称电子显微镜技术二、实验目的1. 了解扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的基本原理和结构。
2. 掌握电子显微镜的样品制备和操作方法。
3. 通过观察样品的微观结构，了解材料的形貌、内部组织结构和晶体缺陷。
三、实验仪器1. 扫描电子显微镜（SEM）：型号为Hitachi S-4800。
2. 透射电子显微镜（TEM）：型号为Hitachi H-7650。
3. 样品制备设备：离子溅射仪、真空镀膜机、切割机、研磨机等。
四、实验内容1. 扫描电子显微镜（SEM）实验（1）样品制备：将待观察的样品切割成薄片，用离子溅射仪去除表面污染层，然后用真空镀膜机镀上一层金属膜，以增强样品的导电性。
（2）操作步骤：① 开启扫描电子显微镜，调整真空度至10-6Pa。
② 将样品放置在样品台上，调整样品位置，使其位于物镜中心。
③ 设置合适的加速电压和束流，调整聚焦和偏转电压，使样品清晰成像。
④ 观察样品的表面形貌，记录图像。
（3）结果分析：通过观察样品的表面形貌，了解材料的微观结构，如晶粒大小、组织结构、缺陷等。
2. 透射电子显微镜（TEM）实验（1）样品制备：将待观察的样品切割成薄片，用离子溅射仪去除表面污染层，然后用真空镀膜机镀上一层金属膜，以增强样品的导电性。
（2）操作步骤：① 开启透射电子显微镜，调整真空度至10-7Pa。
② 将样品放置在样品台上，调整样品位置，使其位于物镜中心。
③ 设置合适的加速电压和束流，调整聚焦和偏转电压，使样品清晰成像。
④ 观察样品的内部结构，记录图像。
（3）结果分析：通过观察样品的内部结构，了解材料的微观结构，如晶粒大小、组织结构、缺陷等。
五、实验结果与讨论1. 扫描电子显微镜（SEM）实验结果：通过观察样品的表面形貌，发现样品表面存在大量晶粒，晶粒大小不一，且存在一定的组织结构。
在样品表面还观察到一些缺陷，如裂纹、孔洞等。
2. 透射电子显微镜（TEM）实验结果：通过观察样品的内部结构，发现样品内部晶粒较小，且存在一定的组织结构。
电子显微镜的原理
电子显微镜的原理电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察物质微观结构的高分辨率显微镜。
它的原理是利用电子的波粒二象性，将电子束聚焦到极小的尺寸，通过与物质相互作用产生的散射、透射等现象来获取样品的显微图像。
相比光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数，可以观察到更小尺度的物质结构。
首先，电子显微镜的基本原理是利用电子的波动性。
电子具有波粒二象性，当电子穿过物质时，会产生散射现象，这种散射现象包括弹性散射和不弹性散射。
通过观察这些散射现象，可以获取有关样品内部结构的信息。
其次，电子显微镜利用电子的波动性来实现高分辨率成像。
电子波的波长远小于可见光波长，因此电子显微镜具有比光学显微镜更高的分辨率。
在电子显微镜中，通过使用透射电子束，可以观察到物质的原子尺度结构，这是光学显微镜无法做到的。
另外，电子显微镜的成像原理是利用透射电子束与样品相互作用产生的信号。
当电子束穿过样品时，部分电子被样品原子散射，部分电子穿过样品并被收集到后面的探测器上。
通过测量这些透射电子的位置和能量，可以获得样品的显微图像。
此外，电子显微镜还可以通过控制电子束的聚焦和偏转来实现对样品的成像。
通过调节电子透镜的参数，可以使电子束聚焦到极小的尺寸，从而获得更高的分辨率。
同时，通过控制电子束的偏转，可以对样品进行扫描成像，获取样品的全景图像。
最后，电子显微镜的原理还包括对透射电子的探测和信号处理。
在电子显微镜中，透射电子被探测器捕获后，会产生电子图像信号。
这些信号经过放大、增强和数字化处理后，可以呈现在显示屏上，供用户观察和分析。
总的来说，电子显微镜的原理是利用电子的波动性和与物质相互作用产生的散射、透射现象来获取样品的显微图像。
通过对电子束的控制和信号处理，可以实现对样品的高分辨率成像。
电子显微镜在材料科学、生物学、纳米技术等领域具有重要应用，为人们深入了解物质微观结构提供了强大的工具。
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TEM构造
TEM的基本构造与光学显微镜相似，主要 由电子枪、物镜和投影镜三部分组成。
[Electron Microscopy of Polymers, pp. 29 & 30]
电磁透镜
电子波和光波不同，不能通过玻璃透镜会 聚成像。但是轴对称的非均匀电场和磁场 则可以让电子束折射，从而产生电子束的 会聚与发散，达到成像的目的。
用于TEM & SEM成像的电子
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）用直接透射电子以及弹 性或非弹性散射的透射电子成像。
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）用背景散射电子和二次 电子成像。
透射电子显微镜
金属网的材质一般用 铜，因而称为铜网。 铜网很小，一般直径 为2~3 mm，厚度为 20~100 m的圆形。
纤维、薄膜、切片等 可直接安放在铜网上。
[Transmission Electron Microscopy, 2nd Edition, p. 175]
支持膜
对于很小的切片、颗粒、聚合物单晶、乳 胶粒等细小的材料就不能直接安放，而必 须有支持膜支撑。
HIPS的制备通常是在PS基体中引入韧性的 橡胶，HIPS具有两相结构，橡胶以微粒状 分散于连续的的塑料相中。
Electron Microscopy of Polymers, p. 354
TEM应用实例之相形态结构表征
不同组成的PMMA/PS共混体系的相结构
TEM应用实例之纤维尺寸统计
[Microscopy Techniques for Materials Science, pp. 214 & 219]
用静电场构成的透镜称为静电透镜；把电 磁线圈产生的磁场所构成的透镜称之电磁 透镜。
TEM制样
供TEM观察的样品既小又薄，可观察的最 大尺度不超过1 mm左右。 在常用的50~100 kV的加速电压下，样品的 厚度一般应小于100 nm。 较厚的样品会产生严重的非弹性散射，因 色差而影响图像质量，过薄的样品没有足 够的衬度也不行。
电子显微镜
ElectronMicroscopy
电子显微镜
透射电子显微镜TEM TEM构造 TEM制样 薄膜制备 染色技术 复型技术
TEM应用实例 HIPS结构探测 相形态结构表征
扫描电子显微镜SEM SEM构造 SEM制样 SEM应用实例 相结构表征
形貌观察
两相粘合状态考察
引言
光波经由透镜折射到像平面上会与周围区 域的光波发生干涉现象（衍射）。这使得 物点经过透镜成的像在像平面上不再是一 个像点，而是一个Airy亮斑。
复型技术
TEM不能直接观察块状试样，因此，必须 采用复型技术。
复型技术的原理是将固体的表面形貌用薄 膜复印下来，这种薄膜能够用TEM观察。 常用的复型技术主要有一级复型法和二级 复型法两种。
复型方法
（1）一级复型法 用复型材料直接沉积在试样的表面上，然 后将二者分离。 （2）二级复型法 先用塑性材料制备试样表面的初级复型， 再用质密的复型材料覆盖初级复型的表面， 然后将二者分离。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
薄膜样品制备
用于TEM测试的薄 膜试样制备方法有 溶液浇注和超薄切 片等。
[Transmission Electron Microscopy, 2nd Edition, p. 176]
载样铜网和支持膜
TEM测试时，样品是在载在金属网上使用 的，当样品比金属网眼小时还必须有透明 的支持膜。
载样铜网
常用染色剂
常用的染色剂有四氧化锇、四氧化钌、三 氟乙酸汞、磷钨酸、碘、氯磺酸和硫化银 等。其中四氧化锇广泛应用于含不饱和双 键的聚合物染色，染色反应如下。
CH + O sO 4
CH
C HO O sO 2
C HO
CHO O C H O s
CHO O C H
用四氧化锇染色的实施方法有溶液浸泡和 蒸气熏蒸两种。
TEM应用
TEM在聚合物分析表征中主要用于内部细 微形态、微孔大小分布、复合材料的形态 结构和分子量分布等。
TEM应用实例之单晶形态观察
聚乙烯单晶的TEM照 片（左图）和AFM照 片（下图）
[Polymer Microscopy, 3rd Edition, p. 136]
TEM应用实例之HIPS结构探测
显微技术分辨率
通常把两个Airy斑中心间距等于Airy斑半 径时，物平面上相应的两个物点间距定义 为透镜能分辨的最小间距，即透镜分辨率。
由于受到光衍射的限制，光学显微镜的极 限分辨率为0.2 m左右。 为了得到分辨率更高的显微镜，就必须采 用波长更短的波。
电磁波谱
波源选择
除了电磁波谱外，在物质波中，电子波不 仅具有短波长，而且存在使之发生折射聚 焦的物质，所以电子波可以作为照明光源， 由此形成电子显微镜。
加速电压 U/KV 20 100
电子波波长 λ/nm 0.00859 0.00371
加速电压 U/KV 200 1000
电子波波长 λ/nm 0.00251 0.00087
电子显微镜
用电子束代替可见光，用静电透镜或电磁 透镜代替玻璃透镜可制成电子显微镜 （Electron Microscope, EM），其极限分 辨率可达1 nm甚至更小。
支持膜主要有塑料膜、碳膜、碳补强塑料 膜和微栅膜等。
染色技术
在TEM中衬度是由于结构中存在电子密度 差异的结果，但由于多数聚合物是由C、H 等低原子序数的元素组成，电子密度差别 很小，加上样品很薄，所以聚合物试样的 反差很小。
染色可用于增加反差，所谓染色是指给特 定的结构引入重原子而改变衬度的方法。
电子与样品的相互作用
[Transmission Electron Microscopy, 2nd Edition, p. 7]
特征电子
（1）透射电子 入射电子穿过样品而与其无相互作用，则形成直 接透射电子。 （2）散射电子 入射电子穿透到离核很近的地方被反射，反射角 的大小取决于入射电子的能量及离核的距离，因 而实际上任何方向都有散射。 （3）二次电子 入射电子撞击样品表面原子的外层电子，把它激 发出来，形成二次电子。