12电子显微镜讲义资料
课件--第二章 电子显微镜
第二章 电子显微镜(Electron Microcope)第一节 电子显微镜的基本构造和原理一、概述：电子具有波动性。
电子束在电场或磁场的作用下，可发生会聚、发散、反射、折射和偏转。
* 电镜：用电子束代替光束照射样品，而获得高分辨率的成像。
二、电子显微镜(电镜)的物理学基础(一)光学显微镜(光镜)的局限性：光镜可观察许多肉眼看不见的微小物体，但也有其局限性。
例如病毒就看不到。
* 原因：不是放大倍数的问题，而是分辨率不够。
1、分辨率：指显微镜或人眼在明视距离刚好能分辨的两质点的最小距离。
人眼的分辨率约为0.1毫米（人眼最小可分辨角约为1’）。
* 光镜分辨率不高原因：是光线衍射的影响。
质点成像时，不是形成理想的像点，而是形成一个像斑(Airy 斑)。
当两个像斑太靠近时就会分辨不清。
2、阿贝公式： 根据瑞利判据，推得分辨率(即最小可分辨距离)： 其中： Z ——最小分辨距离λ ——波长n ——透镜周围的折射率u ——透镜对物点张角的一半，nsinu 称为数值孔径，用 N.A. 表示3、提高分辨率的方法：①提高N.A.数。
如油浸物镜，N.A.数可从小于1提高至1.5～1.6，但很有限。
②用波长更短的光线。
而可见光波长有限，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。
4、电子的波长：比可见光波长更短的有：1）紫外线 —— 会被物体强烈的吸收；2）X 射线 —— 无法使其会聚；3）电子波 ——根据德布罗意物质波的假设，即电子具有微粒性，也具有波动性。
电子波长 λ=h/mv 电子运动速度与其加速电压U(伏特)有关.h —— Plank 常数m —— 电子质量v ——电子速度由公式计算知电子束 ：约0.1～10A0。
而可见光 ：4000～8000A0。
所以，使用电子束可大大提高分辨率。
(二) 电子透镜：..61.0sin 61.0A N u n Z λλ==电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成象的目的。
【分享】46个电子显微镜知识点汇总
引言：电子显微镜是一种利用电子束与物体相互作用，通过测量物体所产生的散射、透射、反射电子来观察物体表面或内部结构的强大工具。
在现代科学研究和工程应用中，电子显微镜起到了至关重要的作用。
本文将分享46个关于电子显微镜的知识点，帮助读者更好地了解和应用电子显微镜技术。
概述：正文内容：1. 电子显微镜的原理- 电子显微镜利用电子束与物体的相互作用来观察物体的结构，相较于光学显微镜，电子显微镜可以提供更高分辨率的图像。
2. 电子束的产生和加速- 电子束通常是通过热阴极或冷阴极发射电子，然后经过加速器加速到所需的能量。
3. 电子显微镜的成像系统- 电子显微镜的成像系统包括透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。
TEM可以观察物体的内部结构，而SEM可以观察物体的表面形貌。
4. 电子束与样品的相互作用- 电子束与样品相互作用主要有散射、透射和反射三种方式。
这些相互作用产生的信号可以用于形成图像。
5. 样品的制备和处理- 在进行电子显微镜观察之前，样品通常需要进行适当的制备和处理，例如切片、焦化或金属蒸镀等。
6. 电子显微镜的分辨率- 电子显微镜的分辨率取决于电子束的波长和使用的透镜系统。
通常，电子束的波长比可见光短得多，因此电子显微镜具有更高的分辨率。
7. 电子能谱分析- 电子能谱分析是一种利用电子束与样品进行相互作用，通过测量样品产生的特征能谱来确定样品成分和结构的方法。
8. 电子显微镜的应用领域- 电子显微镜广泛应用于材料科学、生物学、化学、地质学等领域。
例如，在材料科学中，电子显微镜可以用来观察材料的晶体结构和缺陷。
9. 高分辨透射电子显微镜（HRTEM）- 高分辨透射电子显微镜（HRTEM）是一种能够提供非常高分辨率图像的电子显微镜。
它可以用于观察纳米尺度的材料结构。
10. 电子显微镜的进一步发展- 随着技术的不断发展，电子显微镜逐渐发展出更多的变种，如电子能谱透射电子显微镜（STEM）和原子分辨透射电子显微镜（ARTEM）等。
电子显微镜讲义-2010研究生(第二章)
栅极的作用：限制和稳定电流。 从电子枪发射出的电子束，束斑 尺寸大，相干性差，平行度差， 为此，需进一步会聚成近似平行 的照明束，这个任务由聚光镜实 现，通常有两级聚光镜来聚焦。
2. 聚光镜 聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束， 调节照明强度、孔径角和束斑大小。一般采用 双聚光镜系统，如图所示。 1. 为了调整束斑大小，在C2聚光镜下装一个聚 光镜光栏。通常经二级聚光后可获得几um的 电子束斑； 2. 为了减小像散，在C2下还要装一个消像散器， 以校正磁场成轴对称性的.
体结构和取向十分敏感，当试样中某处含有晶 体缺陷时，意味着该处相对于周围完整晶体发 生了微小的取向变化，导致了缺陷处和周围完 整晶体具有不同的衍射条件，将缺陷显示出来。 可见，这种衬度对缺陷也是敏感的。基于这一 点，衍衬技术被广泛应用于研究晶体缺陷。
衍衬成像，操作上是利用单一透射束通过物镜光栏成明场像，或
晶体试样在进行电镜观察时由于各处晶体取向不同和或晶体结构不同满足布拉格条件的程度不同使得对应试样下表拉格条件的程度不同使得对应试样下表面处有不同的衍射效果从而在下表面形成一个随位置而异的衍射振幅分布这样形成的衬度称为衍射衬度
第二章 透射电子显微镜原理及应用
第一节 TEM的结构； 第二节 TEM图像的成像及像衬度 第三节 TEM中电子衍射相机长度分析及计算 第四节 透射电子显微镜应用、制样及实验
2.1.2 成像系统 由物镜、物镜光栏、选区光栏、中间镜（1、2）和投影镜组成 1. 物 镜 a 用来获得第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透镜。电镜的分辨率主要取 决于物镜，必须尽可能降低像差。 b 物镜通常为强励磁、短焦透镜（f = 1-3mm）,放大倍数100—300倍，目前，高质量的 物镜其分辨率可达0.1nm。 c 物镜的分辨率主要决定于极靴的形状和加工精度，极靴间距越小，分辨率就越高。 d 为进一步减小物镜球差，在物镜后焦面上安放物镜光阑。 2. 物镜光阑 装在物镜背焦面，直径20—120um，无磁金属制成（Pt、Mo等) 作用： a 提高像衬度 b 减小孔径角，从而减小像差 c 进行暗场成像 3. 选区光栏 装在物镜像平面上，直径20-400um 作用： 对样品进行微区衍射分析。
《电子显微技术》PPT课件
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4
透镜的放大倍数
物距u 、像距 v 、焦距 f
11 1 uv f
放大倍数M 可以表示为：
相距一定时，放大倍率M随 f 增大而降低
调节物距或者相距时，放大倍率M随之变化。
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最小分辨率
由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面 形成一B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠得太近， 过分重叠，图象就模糊不清。
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磁透镜结构剖面图
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透镜使电子会聚的原理
O
A
C
O’
z
电子在磁透镜中的运动轨迹
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所有从O点出发的电子类似的轨迹运动，在v一定时，当 轨迹与轴的角度很小时，电子会聚在O’点（O）的象。
α
α
O
物
象 物
O’ 象
a
b
平行光轴电子束经透镜成象的情况；a ~ b 为磁场
dn0s.6in10.N 6A 11 2
d 指物镜能够分开两个点之间的最短距离，称为物 镜的分辨本领或分辨能力；
λ为入射光的波长；
n为透镜周围介质的折射率
α为物镜的半孔径角
NA为数值孔径
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9
dn0s.6in10.N 6A 11 2
对于可见光的波长在390~770nm之间， 光学显微镜其最小的分辨能力为0.2μm
最大放大倍数
1000×
百万倍
最佳分辨率
200nm
0.2nm
工作介质
空气、油浸
真空
试样
光片、薄片
薄膜
电子显微分析复习提纲学习资料
电⼦显微分析复习提纲学习资料电⼦显微分析复习提纲1.何为电磁透镜？理解并掌握电⼦在磁场中的运动规律，能够作图说明之。
：把电磁线圈所产⽣的磁场所构成的透镜成为电磁透镜，电⼦在磁场中以圆锥螺旋近轴运动聚焦。
2.电磁透镜的像差有哪些？它们是如何产⽣的？如何消除和减⼩？：⼏何像差和⾊散。
⼏何像差分为球差和像散。
球差：因电磁透镜中⼼区和边缘区对电⼦折射能⼒不同造成的。
减⼩CS值和减⼩孔径⾓a。
像散：由透镜磁场的⾮旋转对称引起的。
主要原因极靴内孔不远，极靴上下轴线错位，极靴材料不均匀，极靴孔污染。
措施：消像散器。
⾊差：⼊射电⼦的波长或能量的⾮单⼀性造成的。
主要原因：加速电压不稳，电⼦与样品的⾮弹性散射措施：稳定加速电压，样品厚度做薄，减⼩孔径⾓。
3.影响电磁透镜景深和焦长的主要因素是什么？景深和焦长对透射电⼦显微镜的成像和设计有何影响？：景深：保持像清晰情况下，允许物平⾯沿透镜主轴⼀定的距离。
电磁透镜分辨率和孔径⾓。
焦长：固定物距和焦距，像平⾯沿透镜主轴移动时，仍能保持像清晰的距离范围。
分辨率，孔径⾓，透镜放⼤倍数。
对设计的影响：景深越⼤，焦长越长，可以使投射电镜成像更⽅便，⽽且电镜设计荧光屏和相机位置⾮常⽅便。
对成像的影响：物镜：强励磁短焦距，放⼤倍数较⾼。
中间镜：焦距很长，放⼤倍数通过调节励磁电流确定。
投影镜：短焦距，强励磁。
在⽤电⼦显微镜分析图像时，⼀般物镜和样品的距离是不变的，因此改变物镜放⼤倍数进⾏成像时，主要是改变物镜的焦距和像距来满⾜条件。
中间镜像平⾯和投影镜物平⾯的距离可以看做是不变的，因此要在荧光屏上得到⼀张清晰的放⼤像，必须使物镜的像平⾯和中间镜的物平⾯重合，即改变中间镜的焦距和物距。
4.什么是分辨率，影响透射电⼦显微镜分辨率的因素是哪些？如何提⾼电磁透镜的分辨率？分辨率：两个物点通过透镜成像，在像平⾯形成两个瑞利斑，如果两个物点相距较远，两个瑞利斑也各⾃分开；但如果两个物点相互靠近，两个瑞利斑也相互靠近，直⾄重叠，当两个瑞利斑的中⼼距等于瑞利斑半径时，此时两个物点的距离为分辨率。
电子显微镜培训资料
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。
[Transmission Electron Microscopy, 2nd Edition, p. 7]
（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。
[Organic Chemistry and Physical Chemistry of Polymers, p. 135]
玻纤增强PP的复合相粘合考察
Electron Microscopy of Polymers, p. 414
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.11. 2520.1 1.25We dnesd ay, November 25, 2020 天生我材必有用，千金散尽还复来。0 4:36:57 04:36:5 704:36 11/25/ 2020 4:36:57 AM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 11.2504 :36:570 4:36N ov-202 5-Nov- 20 得道多助失道寡助，掌控人心方位上 。04:36: 5704:3 6:5704: 36Wed nesday, November 25, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.11. 2520.1 1.2504: 36:5704 :36:57 Novem ber 25, 2020 加强自身建设，增强个人的休养。202 0年11 月25日 上午4时 36分20 .11.252 0.11.25 扩展市场，开发未来，实现现在。202 0年11 月25日 星期三 上午4时 36分57 秒04:3 6:5720. 11.25 做专业的企业，做专业的事情，让自 己专业 起来。2 020年1 1月上 午4时36 分20.1 1.2504: 36Nov ember 25, 2020 时间是人类发展的空间。2020年11月2 5日星 期三4时 36分57 秒04:3 6:5725 November 2020 科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午4 时36分 57秒上 午4时3 6分04: 36:5720 .11.25 每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.11. 2520.1 1.2504: 3604:36 :5704:3 6:57N ov-20 人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2 020年1 1月25 日星期 三4时36 分57秒 Wedn esday, November 25, 2020 感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20. 11.2520 20年11 月25日 星期三 4时36 分57秒2 0.11.25
本科课件-电子显微镜技术(完整)
•电镜生物样品制作技术
•超薄切片制作技术 •负染色技术 •扫描电子显微镜样品制备技术 •冷冻制样技术
第一章 电子显微镜的基本知识
1－1.电子显微镜的发展概况 1－2.电子显微镜的基本知识
1－1.电子显微镜的发展概况
2.我省电镜应用概况：太原理工大学，山西医科大学
三、电子显微应用技术的概况：
常规超薄切片技术 常规扫描制样技术 冷冻复型技术 细胞化学技术：酶的细胞化学 免疫电镜技术 负染色技术：快速诊断 现代电镜将超微结构观察与加工一体化
1－2.电子显微镜的基本知识
一、电子显微镜的计量单位：
肉眼观察(mm) 1mm=10-3m 光镜观察(μm)
特征: 庞大体积 高精密度 高分辨率 高放大率
DXB2--12
2.透射电子显微镜的类型
加速电压
常压电镜：加速电压在200KV以下的透射电镜。 生物型电镜：120KV
超高压电镜：加速电压在500~3000KV的电镜。
电子枪结构
热阴极（钨灯丝）：高分辨率0.2纳米 高真空系统：10-5~-6乇
冷阴极（场发射）：超高分辨率：0.1纳米 超高真空系统：10-8~-9乇
3.实际分辨率
当加速电压为100KV时，λ=0.37nm，前提条件：
要求α0=1.1x10-2rad
仪器性能最佳
则：δ=2.05Å=0.2nm
样品最佳 操作最佳
六、放大率（放大倍数）
1.放大倍数：指线性放大，即在显微镜下观察到的物体 长度与其实际长度的比值。
2.有效放大倍数：指裸眼分辨率与显微镜分辨率的比值。 即：M有效=δ眼/δ仪
篇电子显微分析PPT课件
带有带有极靴的磁透镜
极靴——进一
步缩小磁场轴 向宽度，在环 状间隙两边， 接出一对顶端 成园锥状的极 靴，可使有效 磁场集中到沿 透镜轴几mm范 围。
习题
• 电子波有何特征?与可见光有何异同? • 分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜
的结构对聚焦能力的影响。 • 电磁透镜的像差是怎样产生的?如何消除和减少像差? • 说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素
安培电流）,钨丝表面电子获得大于逸出功的 能量，开始发射
（1）电子枪
• 阳极： • 加速从阴极发射出来的电子，以获得所
须的足够大的动能 • 阳极板放在阴极的下方，阳极板的中心
小孔对准钨丝的尖端 • 一般是阳极接地，阴极带有负高压
（1）电子枪
• 阳极板存在的问题： • 如过分缩小阳极小孔，穿过小孔的电子
光学显微镜的局限性
• 可见光的波长在 • 对玻璃透镜来说，取最
3900~7600埃，则 大孔径半角α=70～750，
其极限分辩率为
在物方介质为油的情况
2000埃
下，，那么其数值孔径
• 半波长是光学玻璃 nsinα=1.25~1.35
透镜分辨本领的理
论极限
∆r。=(1/2)
2.1.2 电子性质
• 高速运动的电子所具有的动能: eU 1 mv 2 2
•
高分辨电镜（HRTEM）
•
透射扫描电镜（STEM）
•
分析型电镜（AEM）等等。
• 入射电子束（照明束）也有两种主要形式：
•
平行束：透射电镜成像及衍射
•
会聚束：扫描透射电镜成像、微分析及微衍射
TEM的主要发展方向：
(1) 高电压：增加电子穿透试样的 能力，可观察较厚、较具代表 性的试样，现场观察辐射损伤; 减少波长散布像差; 增加分辨 率等，目前已有数部2-3MeV的 TEM在使用中。左图为200keV TEM之外形图。
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❖电子束与固体样品相互作用
❖扫描电镜结构原理
❖主要性能指标
❖二次电子图象衬度原理及其应用
❖背散射电子图象衬度原理及其应用
❖ 其它信号图象
❖扫描电镜操作
样品制备 2020/8/12 ❖
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❖ 主要优点：放大倍数大、制样方便、分辨率高、景深 大等
❖ 目前广泛应用于材料、生物等研究领域
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三、透射电子
❖ 当样品足够薄时(0.1m)，透过样品的入射电 子即为透射电子，其能量近似于入射电子的能 量。
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四、吸收电子
❖ 残存在样品中的入射电子。若在样品和地之间 接入一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品 对地的信号，这个信号是由吸收电子提供的。
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七、阴极荧光
❖ 入射电子束轰击发光材料表面时，从样品中激 发出来的可见光或红外光。
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八、感应电动势
❖ 入射电子束照射半导体器件的PN结时，将产生 由于电子束照射而引起的电动势.。
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❖ 上述信息，可以采用不同的检测仪器，将其转 变为放大的电信号，并在显象管荧光屏上或X －Y记录仪上显示出来，这就是扫描电镜的功 能。
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二、扫描电镜与透射电镜的主要区别
❖ 1. 扫描电镜电子光学部分只有起聚焦作用的会聚透镜， 而没有透射电镜里起成象放大作用的物镜、中间镜和 投影镜。这些电磁透镜所起的作用在扫描电镜中是用 信号接受处理显示系统来完成的。
❖ 2. 扫描电镜的成象过程与透射电镜的成象原理是完全 不同的。透射电镜是利用电磁透镜成象，并一次成象； 扫描电镜的成象不需要成象透镜，它类似于电视显象 过程，其图象按一定时间空间顺序逐点形成，并在镜 体外显象管上显示。
❖ 扫描电子显微镜的成象原理和光学显微镜、透射电子 显微镜均不同，它不是以透镜放大成象，而是以类似 电视摄影显象的方式、用细聚焦电子束在样品表面扫 描时激发产生的某些物理信号来调制成象，近年扫描 电镜多与波谱仪、能谱仪等组合构成用途广泛的多功 能仪器。
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扫描电镜原理— JEOL动画演示
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一、二次电子
❖ 二次电子是被入射电子轰击出来的核外电子， 它来自于样品表面100Å左右(50~500Å)区域，能 量为0～50eV，二次电子产额随原子序数的变 化不明显，主要决定于表面形貌。
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二、背散射电子
❖ 是指被固体样品原子反弹回来的一部分入射电 子，它来自样品表层0.1~1m深度范围，其能 量近似于入射电子能量，背散射电子产额随原 子序数的增加而增加，如图。利用背散射电子 作为成象信号不仅能分析形貌特征，也可用来 显示原子序数衬度，定性地进行成份分析。
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三、成象原理
❖ 在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，一般经过 三个电磁透镜聚焦后，形成直径为0.02~20m的电子 束。末级透镜（也称物镜，但它不起放大作用，仍是 一个会聚透镜）上部的扫描线圈能使电子束在试样表 面上作光栅状扫描。
❖ 试样在电子束作用下，激发出各种信号，信号的强度 取决于试样表面的形貌、受激区域的成份和晶体取向， 置于试样附近的探测器和试样接地之间的高灵敏毫微 安计把激发出来的电子信号接收下来，经信号处理放 大系统后，输送到显象管栅极以调制显象管的亮度。
X射线 100~1000 500~5000
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5~1H0 NU-ZLP0.5~2
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❖ 扫描电镜的景深是指在样品深度方向可能观察 的程度。在电子显微镜和光学显微镜中，扫描 电镜的景深最大，对金属材料的断口分析具有 特殊的优势。
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第二节 扫描电镜结构原理
❖ 结构组成 ❖ 扫描电镜与透射电镜
的主要区别 ❖ 成象原理
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一、结构组成
❖ 组成：电子光学系统、信号接受处理显示系统、 供电系统、真空系统。
❖ 结构原理图如图。
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❖ 由于显象管中的电子束和镜筒中的电子束是同 步扫描的，显象管上各点的亮度是由试样上各 点激发出来的电子信号强度来调制的，即由试 样上任一点所收集来的信号强度与显象管荧光 屏上相应点亮度是一一对应的。
❖ 通常所用的扫描电镜图象有二次电子象和背散 射电子象。
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五、俄歇电子
❖ 从距样品表面几个Å深度范围内发射的并具有 特征能量的二次电子，能量在50～1500eV之间。 俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。
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六、特征X射线
❖ 样品中原子受入射电子激发后，在能级跃迁过 程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电 磁波辐射，其发射深度为0.5~5m范围。
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表5-1 各种信号成象的分辨本领
信号 分辨率(nm) 发射深度
(nm)
二次电子
Hale Waihona Puke 5~105~50背散射电子 50~200 100~1000
吸收电子 100~1000
透射电子 0.5~10
感应电动势 300~1000
阴极荧光 300~1000
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第三节 主要性能指标
❖ 分辨本领与景深 ❖ 放大倍数及有效放大倍数 ❖ 主要仪器
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一、分辨本领与景深
❖ 扫描电镜的分辨本领有两重含义：
❖ 对于微区成份分析而言，它是指能分析的最小区域； ❖ 对于成象而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。
❖ 两者主要取决于入射电子束的直径，但并不等于直 径，因为入射电子束与试样相互作用会使入射电子 束在试样内的有效激发范围大大超过入射束的直径， 如图。入射电子激发试样内各种信号的发射范围不 同，因此各种信号成象的分辨本领不同（如下表）。