实验电子显微镜技术.pptx
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扫描电子显微镜与扫描隧道显微镜PPT文档54页
扫描电子显微镜与扫描隧 道显微镜及其应用
制作人：
8-2
8-3
8-4
8-5
8-6
SEM
8-7
SEM的主要特点
• ⑴仪器分辨本领较高。二次电子像分辨本领可达 1.0nm(场发射),3.0nm(钨灯丝)；
• ⑵仪器放大倍Байду номын сангаас变化范围大（从几倍到几十万倍）， 且连续可调；
• ⑶图像景深大，富有立体感。可直接观察起伏较大 的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）；
扫描电子显微镜与扫描隧道显微镜
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
8-26
5．生物样品的形貌观察
8-27
疟疾破坏的两个红细胞
8-28
疟疾破坏的两个红细胞
8-29
背散射电子像
吸收电子像
奥氏体铸铁的显微结构
8-30
原子序数衬度像
8-31
8-32
电子显微镜缺陷
随着电镜技术的不断发展，以及与其他方法的 综合使用，还出现了免疫电镜、电镜细胞化学技术、 电镜图像分析技术及全息显微术等。
8-18
SEM的应用
(1)生物：种子、花粉、细菌…… (2)医学：血球、病毒…… (3)动物：大肠、绒毛、细胞、纤维…… (4)材料：陶瓷、高分子、粉末、环氧树 脂…… (5)化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥(杆 菌) 、机械、电机及导电性样品，如半导体 (IC、线宽量测、断面、结构观察……)电子材 料等。
材料分析测试技术材料X射线衍射和电子显微分析课件
实际案例分析
材料A的X射线衍射和电子显微分析
通过结合应用，确定了材料A的晶体结构和微观结构特征，为其性能研究提供了 有力支持。
材料B的缺陷分析
利用X射线衍射和电子显微分析，成功检测到材料B中的晶体缺陷和微观结构变化 ，为优化制备工艺提供了指导。
材料X射线衍射和电
04
子显微分析的发展
趋势与未来展望
材料X射线衍射与电
03
子显微线衍射
01
局限性：对于非晶体或无定形材料，X射 线衍射效果不佳。
03
02
特点：能够确定晶体结构，提供宏观尺度上 的晶体信息。
04
电子显微分析
特点：高分辨率和高放大倍数，能够观察 材料的微观结构和表面形貌。
05
06
局限性：对于轻元素和某些化学态的识别 能力有限，且需要薄样品。
电子显微镜的工作原理
电子显微镜利用电子替代传统显微镜的光子，通过电子束 与样品的相互作用，将样品中的信息传递到荧光屏上，形 成图像。
分辨率和放大倍数
电子显微镜的分辨率和放大倍数主要取决于物镜的焦距和 中间镜的放大倍数，其分辨率通常比光学显微镜高，能够 观察更细微的结构。
电子显微镜的应用
生物医学研究
料X射线衍射和电子显微分析。
02
自动化和智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来的材料X射线衍射和电子显
微分析将更加自动化和智能化，能够自动识别、分类和处理数据。
03
多维度和多尺度分析
未来的材料X射线衍射和电子显微分析将能够实现多维度和多尺度分析
，从微观到宏观全面揭示材料的结构和性能。
技术发展面临的挑战与机遇
挑战
随着材料科学的发展，新型材料不断涌现，需要不断更新和完善材料X射线衍射和电子显微分析技术。同时，随 着环保意识的提高，如何降低这些技术对环境的负面影响也是一个重要的挑战。
电子显微图像的衬度ppt课件
缺陷不可见性判据 对于给定的缺陷R确定，当选用满足： g R = 整数 的g成像时，缺陷衬度消失，即不可见。
§2.电子衍衬成像
§2.电子衍衬成像
位错
位错
b为柏格斯矢量；be为b 的刃分量；u为位错在晶体中的位向；r0为位错核心附近严重畸变区的半径，一般取10-8 cm；为晶体中畸变区内某点的极坐标；为材料的泊松比。 可见任意位错提供的衬度，取决于g b， g be、 g b u三项。
§2.1 电子衍衬成像运动学理论
§2.电子衍衬成像
偏离矢量 衍射面(hkl)偏离精确的布拉格位置的倒空间表示矢量，即衍射面对应的倒易阵点偏离Ewald反射球的距离，方向：与入射束方向相同为“＋”，与入射束方向相反为“－”。
§2.电子衍衬成像
消光距离 （1）双光束条件下的散射过程： 设(hkl)处于精确的布拉格位置，入射波被激发为透射波和(hkl)衍射波。当波矢量为k0的入射波到达样品表面时，即开始受到晶体内原子的散射，产生波矢为k的衍射波。随着电子波在晶体内深度方向上的传播，透射波强度不断减弱，若忽略非弹性散射和吸收效应，则相应的能量转移到衍射波方向，使衍射波的强度不断增大。当电子波在晶体内传播到一定深度时，透射波的振幅0下降为零，全部能量转移到衍射波方向，使其振幅g上升为最大。 与此同时注意到，衍射波与(hkl)晶面也成布拉格角，于是在晶体内逐步增强的衍射波也必将作为新的入射波，激发同一晶面的二次衍射，这样激发的二次衍射的方向与透射波的方向相同。这种强烈的动力学相互作用的必然结果是透射束强度和衍射束强度在晶体深度方向上发生周期性振荡，振荡在深度方向的周期定义为消光距离，以g表示。
一、透射函数（transmission function）q(x, y)
(2)
§3.高分辨成像
§2.电子衍衬成像
§2.电子衍衬成像
位错
位错
b为柏格斯矢量；be为b 的刃分量；u为位错在晶体中的位向；r0为位错核心附近严重畸变区的半径，一般取10-8 cm；为晶体中畸变区内某点的极坐标；为材料的泊松比。 可见任意位错提供的衬度，取决于g b， g be、 g b u三项。
§2.1 电子衍衬成像运动学理论
§2.电子衍衬成像
偏离矢量 衍射面(hkl)偏离精确的布拉格位置的倒空间表示矢量，即衍射面对应的倒易阵点偏离Ewald反射球的距离，方向：与入射束方向相同为“＋”，与入射束方向相反为“－”。
§2.电子衍衬成像
消光距离 （1）双光束条件下的散射过程： 设(hkl)处于精确的布拉格位置，入射波被激发为透射波和(hkl)衍射波。当波矢量为k0的入射波到达样品表面时，即开始受到晶体内原子的散射，产生波矢为k的衍射波。随着电子波在晶体内深度方向上的传播，透射波强度不断减弱，若忽略非弹性散射和吸收效应，则相应的能量转移到衍射波方向，使衍射波的强度不断增大。当电子波在晶体内传播到一定深度时，透射波的振幅0下降为零，全部能量转移到衍射波方向，使其振幅g上升为最大。 与此同时注意到，衍射波与(hkl)晶面也成布拉格角，于是在晶体内逐步增强的衍射波也必将作为新的入射波，激发同一晶面的二次衍射，这样激发的二次衍射的方向与透射波的方向相同。这种强烈的动力学相互作用的必然结果是透射束强度和衍射束强度在晶体深度方向上发生周期性振荡，振荡在深度方向的周期定义为消光距离，以g表示。
一、透射函数（transmission function）q(x, y)
(2)
§3.高分辨成像
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。
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成像系统
照明系统
成像系统
观察记录系统
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（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。
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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。
sem扫描电镜ppt课件
II. 背散射电子成像：入射电子与样品接触时，其中一部分几乎 不损失能量地在样品表面被弹性散射回来，这部分电子被称 为背散射电子。背散射电子的产额随样品的原子序数的增大 而增加，因此成像可以反映样品 的元素分布，及不同相成分 区域的轮廓。
ppt课件
18
二次电子像的信号是二次电子，用于表面形貌分析；背散射电子 像的信号是背散射电子，用于成分分析。因此二次电子像对形貌 敏感，背散射电子像对成分敏感。
ppt课件
5
图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
ppt课件
6
电子光学系统
组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部 件。
作用：获得扫描电子束、作为产生物理信号的激发 源。
为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子 束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。
ppt课件
7
电子枪
✓ 利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大 多数扫描电镜采用热阴极电子枪。优点：灯丝价格便宜，真 空要求不高；缺点：发射效率低，发射源直径大，分辨率低。
ppt课件
1
主要内容
SEM的工作原理 SEM的主要结构 SEM的组成部分 SEM的主要性能参数 SEM的优点 应用举例
ppt课件
2
SEM的工作原理
电子枪发射电子束（直径50μm）。电压加速、磁透镜系统汇 聚，形成直径约5nm的电子束。
电子束在偏转线圈的作用下，在样品表面作光栅状扫描，激发 多种电子信号。
ppt课件
15
SEM的主要性能参数
分辨率 放大倍数 景深
ppt课件
16
分辨率
对微区成分分析而言，分辨率是指能分析的最小区域；对成像 而言，它是指能分辨两点间的最小距离。
ppt课件
18
二次电子像的信号是二次电子，用于表面形貌分析；背散射电子 像的信号是背散射电子，用于成分分析。因此二次电子像对形貌 敏感，背散射电子像对成分敏感。
ppt课件
5
图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
ppt课件
6
电子光学系统
组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部 件。
作用：获得扫描电子束、作为产生物理信号的激发 源。
为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子 束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。
ppt课件
7
电子枪
✓ 利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大 多数扫描电镜采用热阴极电子枪。优点：灯丝价格便宜，真 空要求不高；缺点：发射效率低，发射源直径大，分辨率低。
ppt课件
1
主要内容
SEM的工作原理 SEM的主要结构 SEM的组成部分 SEM的主要性能参数 SEM的优点 应用举例
ppt课件
2
SEM的工作原理
电子枪发射电子束（直径50μm）。电压加速、磁透镜系统汇 聚，形成直径约5nm的电子束。
电子束在偏转线圈的作用下，在样品表面作光栅状扫描，激发 多种电子信号。
ppt课件
15
SEM的主要性能参数
分辨率 放大倍数 景深
ppt课件
16
分辨率
对微区成分分析而言，分辨率是指能分析的最小区域；对成像 而言，它是指能分辨两点间的最小距离。
实验二 细胞的超微结构—透射电镜下的细胞器ppt课件
实验二 细胞的超微结构——透射电 镜下的细胞器
College of Life Science and Technology, XINJIANG Univercity
1
一、实验目的
听取电子显微镜的有关介绍，了解透射电子显微镜 的基础知识。
观摩超薄切片技术演示，了解透射电镜样品制备方 法及过程。
观察生物电镜样品，在透射电镜下识别、掌握各种 细胞器的亚显微结构。
8
三、实验用品
1．仪器：透射电镜，超薄切片机，玻璃刀制 刀机、铜网等。 2．材料：动植物样品超薄切片
9
四、实验内容
1．观摩学习超薄切片的制备方法及基本过程。 2．学习在透射电镜下观察样品的超微结构。 3.观看透射电镜照片，了解各种不同生物体细 胞的内部结构。
10
五、实验步骤
在老师的指导下学习超薄切片的制备方 法及基本过程，并用透射电镜观察动植物 样品。
7
（三）透射电镜超薄切片制备方法及基本过程
超薄切片制备样品的基本过程分为取材、固 定、漂洗、脱水、渗透、聚合、切片染色等几 个环节。其中固定剂通常采用锇酸或戊二醛， 以树脂为包埋剂，用玻璃刀作超薄切片后，捞 取在铜网上，再用重金属染色法染色后即可制 成观察标本。
透射电镜超薄切片样品制备还需要做支持膜 的制作、玻璃刀的制作、包埋块的修正、切片 的特殊染色等过程。
2
二、实验原理
电子显微镜是以短波长的电子束为照明源，用电磁 透镜成像，并与特定的机械装置、电子和高真空技术 相结合所构成的现代化大型精密电子光学仪器。 （一）透射电子显微镜的特点
透射电子显微镜简称透射电镜，是一种电子束透过 样品而直接成像的电镜。使用段波长的入射电子束与 样品作用后产生的透射电子（主要是散射电子）为信 号，通过电磁透镜将其聚焦成像，并经过多级放大后， 在荧光屏上显示出反映结构信息的电子图像。
College of Life Science and Technology, XINJIANG Univercity
1
一、实验目的
听取电子显微镜的有关介绍，了解透射电子显微镜 的基础知识。
观摩超薄切片技术演示，了解透射电镜样品制备方 法及过程。
观察生物电镜样品，在透射电镜下识别、掌握各种 细胞器的亚显微结构。
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三、实验用品
1．仪器：透射电镜，超薄切片机，玻璃刀制 刀机、铜网等。 2．材料：动植物样品超薄切片
9
四、实验内容
1．观摩学习超薄切片的制备方法及基本过程。 2．学习在透射电镜下观察样品的超微结构。 3.观看透射电镜照片，了解各种不同生物体细 胞的内部结构。
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五、实验步骤
在老师的指导下学习超薄切片的制备方 法及基本过程，并用透射电镜观察动植物 样品。
7
（三）透射电镜超薄切片制备方法及基本过程
超薄切片制备样品的基本过程分为取材、固 定、漂洗、脱水、渗透、聚合、切片染色等几 个环节。其中固定剂通常采用锇酸或戊二醛， 以树脂为包埋剂，用玻璃刀作超薄切片后，捞 取在铜网上，再用重金属染色法染色后即可制 成观察标本。
透射电镜超薄切片样品制备还需要做支持膜 的制作、玻璃刀的制作、包埋块的修正、切片 的特殊染色等过程。
2
二、实验原理
电子显微镜是以短波长的电子束为照明源，用电磁 透镜成像，并与特定的机械装置、电子和高真空技术 相结合所构成的现代化大型精密电子光学仪器。 （一）透射电子显微镜的特点
透射电子显微镜简称透射电镜，是一种电子束透过 样品而直接成像的电镜。使用段波长的入射电子束与 样品作用后产生的透射电子（主要是散射电子）为信 号，通过电磁透镜将其聚焦成像，并经过多级放大后， 在荧光屏上显示出反映结构信息的电子图像。
高分辨电子显微分析方法ppt
图示为硅中Z字型缺陷得 高分辨电子像,即Z字型层 错偶极子,这个位错就是两 个扩展位错在滑移面上移 动时相互作用,夹着一片层 错AB相互连接而不能运动 得缺陷。且层错得上部与 下部分别存在插入原子层。
图示就是YBa2Cu3O7超导氧化物中位错环得高分辨电子显 微想,途中两个箭头所指得部分有一个多余得原子面,这个多余 得原子面对应于晶体生长阶段引入得Cu-O层,在箭头处存在 位错矢量平行于c轴得刃型位错。
高分辨电子显微分析方法
高分辨像(HRTEM)得成像原理
高分辨电子显微像得形成
高分辨电子显微像得形成有三个过程: 1、入射电子在物质内得散射; 2、通过物镜后,电子束在后焦面上形成衍射波; 3、在像平面上形成电子显微像。
一、入射电子在物质内得散射:
对于薄膜试样,不考虑电子吸收,试样得作用只引起入射电子得相
高分辨电子显微图像得实验技术
3、物镜消像散:采用非晶膜(通常就是碳膜)高分辨像得 FFT,调整物镜象散。用CCD相机在15万倍率下拍摄非 晶碳得高分辨像,得到傅里叶变换花样,用物镜消像散器 将椭圆形傅里叶变换花样校正为正圆形即可。
高分辨电子显微方法得应用
一、晶格缺陷 位错就是对材料力学性能影响很大得最有代表性得晶格
曲小,且满足一定得衍射条件。
晶带轴
晶带轴
晶带轴
试样 晶体势场
高分辨电子显微图像得实验技术
三、衍射条件得设定:尽可能选择小得选区光栏,通过调整试样得角 度,观察电子衍射花样得变化,最终使晶体得某一晶带轴平行于电子 束,得到得衍射谱至少具有二次对称得特征,这样有利于二维晶格像 或原子结构像得获得。 四、消像散:要获得高质量得高分辨像,消除各级透镜得象散就是 至关重要得环节。其中,最重要得就是物镜象散得消除,但聚光镜 与中间镜得象散也不容忽视。 1、聚光镜消象散:通过调节聚光镜消象散器,使照明光束在顺、逆 时针旋转时都呈圆形束斑。调节时放大倍数最好大于20万倍。 2、中间镜消象散:在衍射模式下,把束斑旋钮顺时针旋转到最大,调 节中间镜消象散器,使束斑呈现出奔驰像,即奔驰汽车得符号图像。
扫描电子显微镜讲稿,配套PPT
了光子，发明扫描电子显微镜，“照”出了微观物质的相。
Q1:为什么电子束能当光源？1、仪器构造及原理扫描电子显微镜主要由电子光学系统、信号收集、检测系统、真空系统组成。
电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、物镜光阑、扫描线圈、信号探测器组成。
蔡司Gemini500选用热场发射式电子枪，一般选用钨或六硼化镧作为灯丝，一旦通电加热，无数电子从灯丝表面发射出来，热场发射式电子枪对真空要求较小，但灯丝的寿命有限，需要经常更换；电磁透镜具有汇聚电子束作用，将发射出几十微米的电流汇聚为1nm的电子束；物镜光阑主要用来控制束流，光阑孔径在操作界面可选择，从而调节景深；最后极细的电子束到达扫描线圈，扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描方向以及速度，使电子束进行栅网式扫描，最后电子束与样品表面原子发生碰撞而产生一系列的物理效应，如图3所示产生背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、X射线等，通过信号探测器对这些信息的接受、放大，获得测试样品表面形貌、组成和结构的丰富信息。
Q2:为什么不能测试强磁性的样品？磁性样品可能会改变电子束的汇聚方向而离开样品台，打在透镜上，轻则有可能影响未来设备的成像效果（电子束无法很好聚焦），重则可能打坏透镜。
Q3：扫描电镜为什么在真空环境中工作？电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，空气会使电子束变型，影响成像分辨率。
高能电子与样品作用能获得哪些物理信号？高速运动的电子束轰击样品表面，电子与元素的原子核及外层电子发生单次或多次弹性与非弹性碰撞，有一些电子被反射出样品的表面，其余的渗入样品中，逐渐失去其动能，最后被阻止，并被样品吸收。
在此过程中有99％以上的入射电子能量转变成热能，只有约1％的入射电子能量从样品中激发出各种信号。
今天我们主要来学习背散射电子、二次电子、x射线的产生机理以及应用。
这三个物理信号所产生的作用深度不同，二次电子产生在样品表面5-10nm处，背散射电子产生在样品几十到100nm处，特征X射线则产生在样品表面微米范围处。