透射电镜的结构和功能.ppt

2020/5/18,1,六、透射电子显微的结构与功能,2020/5/18,2,透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscopeTEM）,以电子为光源，电磁场为透镜，电子束穿过试样成像的电子光学仪器。分辨本领:0.2-0.3nm加速电压:100500kV放大倍数:501.2106,2020/5/18,3,透射电子显微学的发展(回顾)1931年E.RuskaandM.Knoll世界上第一台电镜1986年E.Ruska获诺贝尔物理学奖1982年A.Klug获诺贝尔化学奖1937年C.J.DavissonandG.P.Thomson获诺贝尔物理学奖5060年代英国剑桥大学物理系CavendishLab.P.B.HirschandA.Howieetal(TEM)衍衬理论:运动学、动力学透射电镜代表作：薄晶体电子显微学刘安生译ElectronMicroscopyinThinCrystal,2020/5/18,4,7080年代分析电子显微学兴起高分辨电子显微术（HREM）X射线能谱分析（EDAX或EDS）电子能量损失谱分析（EELS）微衍射与微微衍射(D、D)会聚束电子衍射（CBED）扫描透射电子显微术（STEM）表面反射衍射电子显微术（RHEED）美国亚利桑那州立大学J.M.CowleyDiffractionPhysics代表作：J.J.HrenIntroductiontoAnalyticalElectronMicroscopyJ.C.H.SpenceExperimentalHigh-ResolutionElectronMicroscopy90今透射电子显微学进展叶恒强王元明主编电子全息术、生物大分子材料、纳米材料、物镜球差校正高分辨、高分辨透扫（Z衬度）等等,2020/5/18,5,点物S和S1在透镜的焦平面上呈现两个艾里斑，屏上总光强为两衍射光斑的非相干迭加。,当两个物点距离足够小时，就有能否分辨的问题。,透镜的分辨本领,点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的象不是一个点而是一个明暗相间的圆形光斑。,6.1电子的波长,2020/5/18,6,瑞利判据：点物S1的艾里斑中心恰好与另一个点物S2的艾里斑边缘（第一衍射极小）相重合时，恰可分辨两物点。,可分辨,恰可分辨,不可分辨,100%,75%,2020/5/18,7,能分辨开的物面上两点间的最小距离d，称为显微镜的分辨本领。,光镜用可见光照明，其波长范围为500nm，分辨本领不能小于200nm。衍射提高分辨本领波长X射线波长100.05nm，不能聚焦成像。紫外线波长39013nm，短波易被吸收，可用为200250nm。石英玻璃透镜，分辨本领100nm。,2020/5/18,8,电子具有波粒二象性，与可见光相似，可作光源。电子波长为：为电子的速度，与加速电压E的关系,电子波长与加速电压的关系,2020/5/18,9,6.2电子透镜利用轴对称非均匀电场或磁场力使电子会聚或发散的装置。核心部件，决定电镜的性能。,静电透镜早期使用磁透镜改变f和M很方便；不担心击穿；像差小。常用磁透镜为短螺旋管线圈,电子在磁场中受力为F=e(vB),F1使电子作圆周运动F2使电子向轴运动,2020/5/18,10,磁感应强度分布图,2020/5/18,11,磁透镜与光学透镜作用相仿，光学术语均可借用。如焦点、焦距、球差、景深等。电子波长很短，如加速电压100kV时为0.00370nm，分辨本领可达0.002nm。但实际达不到，原因是磁透镜也有像差。,电子像与实物不仅有180的倒转，还有磁场引起的旋转角。焦距fE/(IN)2与电流平方成反比,2020/5/18,12,球差：透镜中心与边缘对电子的会聚能力不同造成。在物面上的影响半径为rS=CS3CS为球差系数为孔径半角,物镜,像平面,像平面,最小散焦圆斑,2020/5/18,13,像散：透镜磁场不完全对称造成。物面上的影响半径为rA=Mff像散引起的焦距差,2020/5/18,14,色差：电子能量不同造成在物面上的影响半径为rC=CCE/EE/E电子能量变化率CC色差系数,2020/5/18,15,磁透镜另一大特点景深：保持象清晰度时，试样在物平面沿轴向可移动的距离。,一般=10-210-3rad，如d=1nm，则Df=2002000nm。,2020/5/18,16,焦深:保持象清晰度时，像平面沿轴向可移动的距离。,如d=1nm，孔径半角=10-2rad，则Di=8mm。,2020/5/18,17,6.3电子显微镜的结构,电子光学系统电子显微镜的核心,成像放大等主要功能靠此完成。真空系统保证电子只于试样发生作用，真空度为1.3310-210-5Pa供电系统以高稳定度的电压供给电子枪，高稳定度的电流供给磁透镜。,由三大系统组成,2020/5/18,18,电子光学系统,电子枪聚光镜偏转线圈,样品室物镜中间镜投影镜,观察室观察屏照相装置电视,成像放大部分,照明部分,2020/5/18,19,照明部分,阴极灯丝发射电子0.03-0.1mm钨LaB6阳极加速电子增加动能一般接地栅极会聚电子调节束流大小、亮度,电子枪,聚光镜：会聚电子束，以最小的损失照明样品，调节强度、孔径角、束斑大小一聚：强激磁、短焦距。缩小10-50倍。交叉点束斑缩为1-5m二聚：弱激磁、长焦距。放大2倍左右。样品平面可获得2-10m照明束斑,2020/5/18,20,成像放大部分物镜：,投影镜：放大镜，保证足够高的放大倍数。强激磁，短焦距透镜。放大：100倍左右,形成第一幅高分辨电子放大像或电子衍射花样。强激磁、短焦距、像差小。焦距：f=13mm放大：100300倍分辨本领：0.1nm为减少像差，装有消像散器和防污染装置。,中间镜：将物镜的电子像再放大，同时起衍射镜作用。减弱电流，增大物距，使中镜物面与物镜后焦面重合，将衍射花样投倒像面上，实现衍射。弱激磁，长焦距，倍率在020内变化。,2020/5/18,21,三级透镜的放大成像和电子衍射的光路图,电子衍射,形貌像,2020/5/18,22,显像部分,观察屏用荧光