2022年TEM简介

1、1 透射电子显微镜技术简介透射电子显微镜（ transmission electron microscope，tem ） ，简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。 散射角的大小与样品的密度、 厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1 0.2nm，放大倍数为几万百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2 微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。一、透射电镜的成像原理如图所示，电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。因为电子束

2、穿透能力有限，所以要求样品做得很薄，观察区域的厚度在200nm左右。由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别， 使电子束透过样品时发生部分散射，其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上，形成第一幅反映样品微观特征的电子像。然后再经中间镜和投影镜两级放大， 投射到荧光屏上对荧光屏感光，即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的图像。透射电子显微镜的成像方式可表述为：1. 由电子枪发射高能、高速电子束；2. 经聚光镜聚焦后透射薄膜或粉末样品；3. 透射电子经过成像透镜系统成像；4.

3、 激发荧光屏显示放大图像；5. 专用底片 / 数字暗室记录带有内部结构信息的高分辨图像；二、透射电子显微镜的结构透射电镜一般是由电子光学部分、真空系统和供电系统三大部分组成。图 1. 透射电镜与普通光学显微镜结构对比精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - -2 1电子光学部分整个电子光学部分完全置于镜筒之内，自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样品室

4、、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、照相机构等装置。根据这些装置的功能不同又可将电子光学部分分为照明系统、样品室、成像系统及图像观察和记录系统。图2为透射电子显微镜电子光学部分示意图。1 照明系统照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中及倾斜调节装置组成。它的作用：是为成像系统提供一束亮度高、相干性好的照明光源。为满足暗场成像的需要照明电子束可在 2-3 度范围内倾斜。电子枪。它由阴极、 栅极和阳极构成。在真空中通电加热后使从阴极发射的电子获得较高的动能形成定向高速电子流。聚光镜。聚光镜的作用是会聚从电子枪发射出来的电子束，控制照明孔径角、电流密度和光斑尺寸。2 样品室样品室中有样品杆、

5、 样品杯及样品台。 其位于照明部分和物镜之间， 它的主要作用是通过试样台承载试样，移动试样。3 成像系统一般由物镜、中间镜和投影镜组成。 中间镜和投影镜的作用是将来自物镜的图像进一步放大。成像系统补充说明：a) 由物镜、中间镜 (1、2个)和投影镜 (1、2 个)组成。b) 成像系统的两个基本操作是将衍射花样或图像投影到荧光屏上。c) 通过调整中间镜的透镜电流， 使中间镜的物平面与物镜的背焦面重合， 可在荧光屏上得到衍射花样。d) 若使中间镜的物平面与物镜的像平面重合则得到显微像。图 2. 透射电镜电子光学部分示意图图 3 透射电镜图像观察与记录系统示意图精品学习资料 可选择p d f - -

6、 - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - -3 4 图像观察与记录系统该系统由荧光屏、 照相机、数据显示等组成在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析等附件，见图3。2真空系统真空系统由机械泵、油扩散泵、换向阀门、真空测量仪泵及真空管道组成。它的作用是排除镜筒内气体，使镜筒真空度至少要在10-3 pa以上。如果真空度低的话，电子与气体分子之间的碰撞引起散射而影响衬度，还会使电子栅极与阳极间

7、高压电离导致极间放电，残余的气体还会腐蚀灯丝，污染样品。3供电控制系统加速电压和透镜磁电流不稳定将会产生严重的色差及降低电镜的分辨本领，所以加速电压和透镜电流的稳定度是衡量电镜性能好坏的一个重要标准。透射电镜的电路主要由高压直流电源、透镜励磁电源、 偏转器线圈电源、 电子枪灯丝加热电源，以及真空系统控制电路、真空泵电源、照相驱动装置及自动曝光电路等部分组成。另外，许多高性能的电镜上还装备有扫描附件、能谱议、电子能量损失谱等仪器。三、 透射电子显微镜主要的性能参数1. 分辨率分辨率是 tem 的最主要性能指标，表征电镜显示亚显微组织、结构细节的能力。透射电镜的分辨率分为点分辨率和线分辨率两种。点

8、分辨率能分辨两点之间的最短距离，线分辨率能分辨两条线之间的最短距离， 通过拍摄已知晶体的晶格象测定， 又称晶格分辨率。2. 放大倍数透射电镜的放大倍数是指电子图像对于所观察试样区的线性放大率。目前高性能tem 的放大倍数范围为80100万倍。不仅考虑最高和最低放大倍数，还要考虑是否覆盖低倍到高倍的整个范围。 将仪器的最小可分辨距离放大到人眼可分辨距离所需的放大倍数称为有效放大倍数。 一般仪器的最大倍数稍大于有效放大倍数。透射电镜的放大倍数可用下面的公式来表示：其中 m 为放大倍数， a、b 为常数， i中为中间镜激磁电流，单位为ma。以下是对透射电镜放大倍率的几点说明：a) 人眼分辨本领约 0

9、.2mm，光学显微镜约 0.2m。baimmmm中投中物总2精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - -4 b) 把 0.2m 放大到 0.2mm 的 m 是 1000倍,是有效放大倍数。c) 光学显微镜分辨率在0.2m 时，有效 m 是 1000倍。d) 光学显微镜的 m 可以做的更高，但高出部分对提高分辨率没有贡献，仅是让人眼观察舒服。四、tem 的应用tem 在水泥、陶瓷、金属、高分子材料中有广泛应用，研究的问题归纳为：（1）分析固体颗粒的形状、大小、粒度分布等。（2）研究材料的微观形貌与结构。（3）电子衍射（点阵结构、点阵常数、取向、物相分析）通过观察、分析，将组织结构与工艺联系起来，研究材料结构、工艺、性能的