透射电镜结构和功能23页PPT
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透射电子显微镜 ppt课件
32
一.点分辨本领的测定
将铂、铂-铱或铂-钯等金属或合金，用真 空蒸发的方法获得粒度为5~10埃，间距为2~10 埃的粒子，将其均匀地分布在火棉胶（或碳） 支持膜上，在高放大倍数下拍摄这些粒子的像， 并经光学放大（5倍左右），从照片上找出粒 子间最小的间距，除以总放大倍数，即为相应 电子显微镜的点分辨本领。
荧光屏有较高的分辨率，因此可用光学放 大镜进一步放大。
ppt课件
21
二. 成像方式
TEM有两种基本成像模式： 衍射成像——晶体结构同位分析 显微成像——微观组织形貌观察
1. 显微成像
⑴ 高放大倍数成像：中间镜以物镜像为物，投影
镜又以中间镜像为物，成像于荧光屏，结果可
以获得几万至几十万放大倍数电子像。
使用静电透镜（用电场聚焦）需要高 压，给设备的设计和操作带来不便。
故现代电镜中静电透镜只在电子枪中使 用；而聚光镜、物镜、中间镜和投影镜则 都采用电磁透镜（用磁场聚焦），可以通 过改变激磁电流来调节透镜的聚焦能力。
ppt课件
8
4、 TEM和光学透射显微镜的异同
相同点： （1）光学成像原理相同； （2）都能用于形貌分析。 不同点： （1）光源不同； （2）聚焦透镜不同； （3）TEM中有中间镜； （4）成像屏幕不同； （5） TEM镜筒中要保持高真空；
晶体样品通过物镜在后焦面上形成 衍射像，调节中间镜焦距，使其物平面 与物镜后焦面重合，可以最终在荧光屏 上形成二次放大的衍射图像。有意义的 衍射像必须明确它是来自样品那个区域 的衍射波，这就是选区衍射。
ppt课件
24
一.样品台
1. 功能：承载样品，并使样品能在物镜极靴孔 内平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣 的样品区域或位向进行观察分析。
一.点分辨本领的测定
将铂、铂-铱或铂-钯等金属或合金，用真 空蒸发的方法获得粒度为5~10埃，间距为2~10 埃的粒子，将其均匀地分布在火棉胶（或碳） 支持膜上，在高放大倍数下拍摄这些粒子的像， 并经光学放大（5倍左右），从照片上找出粒 子间最小的间距，除以总放大倍数，即为相应 电子显微镜的点分辨本领。
荧光屏有较高的分辨率，因此可用光学放 大镜进一步放大。
ppt课件
21
二. 成像方式
TEM有两种基本成像模式： 衍射成像——晶体结构同位分析 显微成像——微观组织形貌观察
1. 显微成像
⑴ 高放大倍数成像：中间镜以物镜像为物，投影
镜又以中间镜像为物，成像于荧光屏，结果可
以获得几万至几十万放大倍数电子像。
使用静电透镜（用电场聚焦）需要高 压，给设备的设计和操作带来不便。
故现代电镜中静电透镜只在电子枪中使 用；而聚光镜、物镜、中间镜和投影镜则 都采用电磁透镜（用磁场聚焦），可以通 过改变激磁电流来调节透镜的聚焦能力。
ppt课件
8
4、 TEM和光学透射显微镜的异同
相同点： （1）光学成像原理相同； （2）都能用于形貌分析。 不同点： （1）光源不同； （2）聚焦透镜不同； （3）TEM中有中间镜； （4）成像屏幕不同； （5） TEM镜筒中要保持高真空；
晶体样品通过物镜在后焦面上形成 衍射像，调节中间镜焦距，使其物平面 与物镜后焦面重合，可以最终在荧光屏 上形成二次放大的衍射图像。有意义的 衍射像必须明确它是来自样品那个区域 的衍射波，这就是选区衍射。
ppt课件
24
一.样品台
1. 功能：承载样品，并使样品能在物镜极靴孔 内平移、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(TEM)原理详解(课堂PPT)
G t 36
当A、B两区不是由同一种物质组成时，衬
度不仅取决于样品的厚度差，还取决于样品的
原子序数差。
同样的几何厚度，含重原子散射作用强，
相应的明场像暗；反之，由轻原子组成的区域，
散射作用弱，相应的明场像亮．
复型样品的制备中，常采用真空镀膜投影
的方法，由于投影（重）金属或萃取第二相粒
的圆盘，圆盘面垂直于入射电
子束，并且每个入射电子射中
一个圆盘就发生偏转而离开原
入射方向；未射中圆盘的电子
则不受影响直接通过。
27
散射截面的大小
按Rutherford模型，当入射电子经过原子核附近时，
其受到核电场的库仑力-e2Z/rn2作用而发生偏转，其轨
迹是双曲线型。散射角n的大小取决于入射电子和原
0.2~0.3nm
有效放大倍数
103×
106×
物镜孔径角
约700
＜10
景深
较小
较大
焦长
较短
较长
像的记录
照相底板
照相底板
正是由于 α很小， TEM的 景深和焦 长都20很大
• TEM成像系统可以实现两种成像操作：一种是将物 镜的像放大成像，即试样形貌观察；另一种是将物 镜背焦面的衍射花样放大成像，即电子衍射分析。
度为ρ和厚度为t的样品上，若入射电子数为n，通过
厚度为dt后不参与成象的电子数为dn，则入射电子散
射率为
单个原子的散射截面
dn N dt A 0
每单位体积样品的散射面积
n
M
单位体积样品中包含的原子个数
厚度为dt的晶体总散射截面
将上式积分，得：
N
N
0
exp
透射电镜的使用PPT课件
1
1
27 A
1
g
约100倍
②不十分满足Bragg条件，因为晶体很薄，小 于100埃，而Bragg公式是由无限厚晶体导出的。
第18页/共34页
＃爱瓦尔德作图法：
反射球近乎是平面
所以，当晶体很薄时， 为满足爱氏作图法原理，
显然，倒易点 (hkl)*应该
是具有一条倒易杆，
爱氏球(平)面才能与倒
易杆相交发生衍射。
衬度光栏
使之等于Md。
显微形貌观察
AA´
c: 调节I中,使f中,
至 f中前焦=f物后焦
选区光栏 Md
缩小衬度光栏至0级衍射
B A
A B 观察ED花样
第7页/共34页
三. 成像衬度 TEM衬度像：
①散射衬度：透过试样不同部位时，
散射与透射强度组成比例不同引起的
反差 。
透过试样eB
束散透射射部部分分
入射电子束
②等倾干涉条纹：
试样弯曲(受热或其他，薄片翘曲） 强
度
弯曲各部晶面与入射电子束θ不同，
符合Bragg条件不同，
衍射情况不同所出现的干涉条纹。
AlN陶瓷的TEM显微像
等倾干涉条纹
第16页/共34页
四. 电子衍射
爱瓦尔德作图法 当晶体无限厚
N ghkl
O kg (hkl) k0 2
O ghkl
M Mob Mm MP 调节透镜的激磁电流
0
Mob通 常 等 于100，Mobmax 300, Smax 1 A
物镜光栏：ob极靴进口表面， 缩小孔径角用。
衬度光栏：ob后焦面上,可变。 选区光栏：ob像平面上，可变 。 4. 图象记录装置：荧光屏 照像装置
材料分析方法透射电镜的结构最全PPT资料
L ② 当入射电子运动偏离轴线（即以速度v平行于线圈轴进入透镜磁场时，电子受磁场力的作用，将产生三个运动分量：轴向运动（速度
vz）、绕轴旋转（vt）和指向轴的运动（vr），作圆锥螺旋近轴运动，最后会聚在轴线上的一点F。 五、电磁透镜的景深与焦长 第一个过程：平行电子束受到周期结构试样散射作用后，除透射束外，还形成各级衍射束，经物镜聚焦会聚在其后焦面上，以衍射花
(2)、聚光镜
• 作用： • ①会聚经加速管加速的电
子束，以最小的损失照射 样品； • ②调节照明强度、孔径角 和束斑大小。
• 一般都采用双聚光镜系统， 结果在样品上可获得2～ 10μm的照明电子束斑。
第一聚光镜
强磁透镜，f很短； M为 1 ~ 1
10 50
调节照射到样品上的束 斑的大小（改变第一聚 光镜的焦距来控制）
• 电子波的波长为： h
mv
• 物质波的波长等于普朗克常量除以动量 。
•
电子的运动速度v，取决于加速电压U：
1 2
mv
2
eU
• •
h
2em U
• 注：当电子运动速度很高时，电子质量须经过相对论修正。
• 不同加速电压下的电子波波长
加速电压U/kV
•
20
电子波长λ/Å
0.0859
加速电压U/kV
120
• 照明系统 • 成像系统 • 观察记录系统
• 成像系统是电子光学 部分最核心的部分。
• 透射电镜的工作过程：
• 电子从透射电镜最上面的电子枪发射出来。
• 发射出的电子在加速管内被加速，通过照明系 统的电子透镜照射到试样上。
• 透过试样的电子被成像系统的电子透镜放大、 成像。
• 从观察室的窗口可以观察像，也可将观察到的 像用照片或其他形式记录下来。
vz）、绕轴旋转（vt）和指向轴的运动（vr），作圆锥螺旋近轴运动，最后会聚在轴线上的一点F。 五、电磁透镜的景深与焦长 第一个过程：平行电子束受到周期结构试样散射作用后，除透射束外，还形成各级衍射束，经物镜聚焦会聚在其后焦面上，以衍射花
(2)、聚光镜
• 作用： • ①会聚经加速管加速的电
子束，以最小的损失照射 样品； • ②调节照明强度、孔径角 和束斑大小。
• 一般都采用双聚光镜系统， 结果在样品上可获得2～ 10μm的照明电子束斑。
第一聚光镜
强磁透镜，f很短； M为 1 ~ 1
10 50
调节照射到样品上的束 斑的大小（改变第一聚 光镜的焦距来控制）
• 电子波的波长为： h
mv
• 物质波的波长等于普朗克常量除以动量 。
•
电子的运动速度v，取决于加速电压U：
1 2
mv
2
eU
• •
h
2em U
• 注：当电子运动速度很高时，电子质量须经过相对论修正。
• 不同加速电压下的电子波波长
加速电压U/kV
•
20
电子波长λ/Å
0.0859
加速电压U/kV
120
• 照明系统 • 成像系统 • 观察记录系统
• 成像系统是电子光学 部分最核心的部分。
• 透射电镜的工作过程：
• 电子从透射电镜最上面的电子枪发射出来。
• 发射出的电子在加速管内被加速，通过照明系 统的电子透镜照射到试样上。
• 透过试样的电子被成像系统的电子透镜放大、 成像。
• 从观察室的窗口可以观察像，也可将观察到的 像用照片或其他形式记录下来。
透射电镜结构和部功能PPT课件
油扩散泵
它的工作原理是用电炉将特种扩散泵油 加热至蒸汽 状态，高温油蒸汽膨涨向 上升起，靠油蒸汽吸附电镜镜体内的气 体，从喷嘴朝着扩散泵内壁射出，在环 绕扩散泵外壁的冷却水的强制降温下， 油蒸汽冷却成液体时析出气体排至泵外， 由机械泵抽走气体，油蒸汽冷却成液体 后靠重力回落到加热电炉上的油槽里循 环使用。
中间镜和投影镜
在物镜下方，依次设有中间镜和第1投影镜、第 2投影镜，以共同完成对物镜成像的进一步放 大任务。从结构上看，它们都是相类似的电磁 透镜，但由于各自的位置和作用不尽相同，故 其工作参数、励磁电流和焦距的长短也不相同。 对中间镜和投影镜这类放大成像透镜的主要要 求是：在尽可能缩短镜筒高度的条件下，得到 满足高分辨率所需的最高放大率，以及为寻找 合适视野所需的最低放大率；可以进行电子衍 射像分析，做选区衍射和小角度衍射等特殊观 察；同样也希望它们的像差、畸变和轴上像散 都尽可能地小。
聚光镜
聚光镜处在电子枪的下方，一般由2～3 级组成，从上至下依次称为第1、第2聚 光镜（以C1 和C2表示）。电镜中设置聚 光镜的用途是将电子枪发射出来的电子 束流会聚成亮度均匀且照射范围可，紧贴样品台，是电镜 中的第1个成像元件，在物镜上产生哪怕 是极微小的误差，都会经过多级高倍率 放大而明显地暴露出来，所以这是电镜 的一个最重要部件，决定了一台电镜的 分辨本领。作用是进行初步成像放大， 改变物镜的工作电流，可以起到调节焦 距的作用。电镜操作面板上粗、细调焦 旋扭，即为改变物镜工作电流之用。
观察、记录系统
观察室 透射电镜的最终成像结果，显现在观察室内的 荧光屏上，观察室处于投影镜下，空间较大， 开有1～3个铅玻璃窗，可供操作者从外部观察 分析用。
照相室 照相室处在镜筒的最下部，内有送片盒（用于 储存未曝光底片）和接收盒（用于收存已曝光 底片）及一套胶片传输机构。对有诊断分析价 值的区域，若想长久地观察分析和反复使用电 镜成像结果，能够尽快把它保留下来。
透射电镜教程PPT课件
• TEM由照明系统、成像系统、记录系统、真空系统和电器系统组成。
第5页/共35页
1. 电磁透镜
• 能使电子束聚焦的装置称为电子透镜（electron lens）
• • 电子透镜 • •
静电透镜 恒磁透镜
磁透镜 电磁透镜
第6页/共35页
（1）电磁透镜的结构
图9-3 电磁透镜结构示意图
第7页/共35页
• 动力学衍射 • 运动学衍射
第31页/共35页
一、运动学理论的基本假设
• 运动学理论是建立在运动学近似[即忽略各级衍射束(透射束为零级衍射束)之间的相互作 用]基础之上的用于讨论衍射波强度的一种简化理论。
• 其基本假设是： • ①入射电子在样品内只可能受到不多于一次的散射。 • ②入射电子波在样品内的传播过程中，强度的衰减可以忽略。即衍射波强度始终远小于
第33页/共35页
为进一步简化计算，采用两个近似处理方法：
• ①双束条件，即除直射束外只激发产生一个衍射束的成像条件。 由上述讨论可知，对薄晶体样品双束条件实际上是达不到的。实 践上只能获得近似的双束条件。因此，用于成像的衍射束应具有 较大的偏离参量，使其强度远小于直射束强度，以近似满足运动 学要求；另一方面该衍射束的强度应明显高于其它衍射束的强度， 以近似满足双束条件；
• TEM样品可分为间接样品和直接样品。
• 要求： • （1）供TEM分析的样品必须对电子束是透明的，通常样品观察区域的厚度以控制在约
100~200nm为宜。 • （2）所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些特征。因此，样品
制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。
且当选用的衍射束所对应的倒易点足够偏离厄瓦尔德球面时， 其附近的某个或某些倒易点又将靠近厄瓦尔德球面； • 另一方面，随着样品厚度的减小，倒易杆拉长，更容易产生较 强的衍射，而且样品越薄则越难完全代表大块材料的性质，所 以衍衬分析时样品通常不应制得太薄。可见，用运动学理论解 释衍衬在大多数情况下都是近似的。
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1. 电磁透镜
• 能使电子束聚焦的装置称为电子透镜（electron lens）
• • 电子透镜 • •
静电透镜 恒磁透镜
磁透镜 电磁透镜
第6页/共35页
（1）电磁透镜的结构
图9-3 电磁透镜结构示意图
第7页/共35页
• 动力学衍射 • 运动学衍射
第31页/共35页
一、运动学理论的基本假设
• 运动学理论是建立在运动学近似[即忽略各级衍射束(透射束为零级衍射束)之间的相互作 用]基础之上的用于讨论衍射波强度的一种简化理论。
• 其基本假设是： • ①入射电子在样品内只可能受到不多于一次的散射。 • ②入射电子波在样品内的传播过程中，强度的衰减可以忽略。即衍射波强度始终远小于
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为进一步简化计算，采用两个近似处理方法：
• ①双束条件，即除直射束外只激发产生一个衍射束的成像条件。 由上述讨论可知，对薄晶体样品双束条件实际上是达不到的。实 践上只能获得近似的双束条件。因此，用于成像的衍射束应具有 较大的偏离参量，使其强度远小于直射束强度，以近似满足运动 学要求；另一方面该衍射束的强度应明显高于其它衍射束的强度， 以近似满足双束条件；
• TEM样品可分为间接样品和直接样品。
• 要求： • （1）供TEM分析的样品必须对电子束是透明的，通常样品观察区域的厚度以控制在约
100~200nm为宜。 • （2）所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些特征。因此，样品
制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。
且当选用的衍射束所对应的倒易点足够偏离厄瓦尔德球面时， 其附近的某个或某些倒易点又将靠近厄瓦尔德球面； • 另一方面，随着样品厚度的减小，倒易杆拉长，更容易产生较 强的衍射，而且样品越薄则越难完全代表大块材料的性质，所 以衍衬分析时样品通常不应制得太薄。可见，用运动学理论解 释衍衬在大多数情况下都是近似的。
透射电镜分析PPT课件
第20页/共67页
单晶电子衍射花样的标定方法
（2）求R2比值，找出最接近的整数比，由此确定各斑点所属的衍射
晶面族RA。2 :
RB2
:
RC2
:
R
2 D
2
:
4:
6
:18
这是体心立方结构的N值。当然也可写成1:2:3:9作为简单立方结构的 比值，这是在指数化过程中经常遇到的情况。
（3） 尝试斑点的指数，最短矢量的A斑点对应的晶面族{110}共有
为电子显微镜的有效相机常数
L
rd f1
r R MiM p
第15页/共67页
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
★单晶体衍射花样 其特征是衍射斑点规则排列。在衍射斑
点花样中最基本的是简单电子衍射花样— 单晶带电子衍射花样，它是通过倒易点阵 原点的一个二维倒易面的放大像
第16页/共67页
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
复杂电子衍射花样：1.高阶劳埃带 第33页/共67页
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定
2.菊池线
第34页/共67页
第35页/共67页
第36页/共67页
Kikuchi lines
第37页/共67页
Kikuchi line formation
第38页/共67页
Kikuchi line formation More forward scattering – higher
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
第29页/共67页
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
d1
L
R1
1.9 9.38
0.202μm
d2
L
R2
单晶电子衍射花样的标定方法
（2）求R2比值，找出最接近的整数比，由此确定各斑点所属的衍射
晶面族RA。2 :
RB2
:
RC2
:
R
2 D
2
:
4:
6
:18
这是体心立方结构的N值。当然也可写成1:2:3:9作为简单立方结构的 比值，这是在指数化过程中经常遇到的情况。
（3） 尝试斑点的指数，最短矢量的A斑点对应的晶面族{110}共有
为电子显微镜的有效相机常数
L
rd f1
r R MiM p
第15页/共67页
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
★单晶体衍射花样 其特征是衍射斑点规则排列。在衍射斑
点花样中最基本的是简单电子衍射花样— 单晶带电子衍射花样，它是通过倒易点阵 原点的一个二维倒易面的放大像
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3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
复杂电子衍射花样：1.高阶劳埃带 第33页/共67页
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定
2.菊池线
第34页/共67页
第35页/共67页
第36页/共67页
Kikuchi lines
第37页/共67页
Kikuchi line formation
第38页/共67页
Kikuchi line formation More forward scattering – higher
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
第29页/共67页
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
d1
L
R1
1.9 9.38
0.202μm
d2
L
R2
第二章透射电子显微镜ppt课件
b.成像/衍射模式选择。 •投影镜：进一步放大中间镜的 像。
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也