实用-第2次课.ppt

1、第二章 透射电子显微镜,(Transmission Electron Microscope TEM),第一节透射电子显微镜的基本构造 第二节透射电镜的成像原理 第三节透射电镜的性能与应用,第一节透射电子显微镜的基本构造,电子光学系统 (镜筒) 真空系统 电路系统,教学目的与要求,了解透射电子显微镜的基本构造 了解电子枪的基本要求、聚光镜的作用 掌握与灯丝寿命相关的因素 掌握电镜要求其通道必须是高真空的原因 理解物镜的重要性 理解机械式旋转泵和油扩散泵的工作原理,世界上第一台电子显微镜TEM,日立H-7600透射 电子显微镜,日立H-7500透射 电子显微镜,DXB2-12,philips CM

2、200-FEG型 场发射透射电子显微镜,JEM100型透射电镜,透射电镜结构简图,1. 高压电线 2. 电子枪室 3. 第一聚光镜 4. 第二聚光镜 5. 物镜光阑 6. 样品臂 7. 物镜 8. 第一中间镜 9. 第二中间镜 10. 投影镜 11. 观察窗 12. 观察室 13. 荧光板 14. 底片盒,一.电子光学系统,（一）照明系统,1.电子枪,要求： （）有足够的发射强度，发射的电子束截面积小 （）电子束的强度是可调的 （）为了减少色差，要求加速电压有很高的稳定度 电子枪的组成 电子枪是电子光源的发射装置 阴极 由 栅极 组成 阳极 电子枪的类型 热发射 冷发射 场发射,）阴极 阴极是

3、钨丝（直径0.100.12mm）制成的极细小的V型灯丝，当通以几安培的电流加热到2227C以上时，其尖端即发射出电子束，成为电镜的光源。,影响灯丝寿命的因素有： （）与工作温度 有密切关系,（）与仪器的真空度有关,）栅极 栅极位于阴极和阳极之间 由一个中央有孔的圆金属筒构成 作用：控制电子发射的强度，并将阴极发射的电子 束挤压成直径小于10Om的束流，这个极微小 电子束的集合点 (又称交叉点)就是电镜的真 正光源,）阳极 阳极与阴极之间有极大的电位差，为接地电位 作用： 可对电子束产生巨大的加速作用 调节电子波长的作用，阳极的电压越高，电子波长 越短，电镜的分辨力就越高。,.聚光镜,聚光镜的作

4、用,一般电镜装有两个聚光镜,会聚来自电子枪的电子束并以最小的能量损失投射 到样品上 控制照明束斑和孔径角的大小,第一聚光镜是短焦距强磁透镜，其作用是把光斑直 径聚集到1m以下 第二聚光镜是长焦距弱磁透镜，其作用是把光斑直 径再稍放大到2.5m左右，并使其正焦照到样品 的表面，再通过调节活动光阑来改善孔径角，以 减少电子束对样品的辐射损伤,（二）样品室,作用：稳定地承载样品和水平移动样品,类型：顶落式和侧插入式,顶落式的可以把物镜极靴的空隙做得非常狭窄，能 提高分辨力；且物镜极靴能侧开口，因而可以放倾 斜样品台 侧插入式操作简单，备有多种样品杆，如:倾斜的、 可加热的或可冷却的，以及旋转的等，以

5、供不同需 求,（三）成像放大系统,作用 是获得高分辨率和高放大倍数的核心组件，对样品成像和放大,组成,2.中间镜,中间镜又叫衍射透镜，是长焦距弱透镜，其倍数 可变，用来控制总的放大倍数。 中间镜内装有可活动的限场光阑和半固定的反差 光阑，用以提高成像的质量。,3.投影镜,投影镜位于中间镜的下方，是短焦距强透镜，它 把中间镜形成的放大像再次放大，使电镜的最高 放大倍率可达100万左右。 真正能起图像放大作用的是投影镜。 为了提高放大倍率，有的电镜装有两个投影镜。 分别称1级和2级投影镜。,（四）观察记录系统,观察装置 记录装置,观察装置,荧光屏,观察窗,立体光学显微镜,涂有黄绿色的荧光粉，由硫化

6、锌镐类制成，并加入微量的Ag、Cu等激活剂，作用是将电子束所带的样品信息转换成光讯号，呈现清晰的图像,一台电镜一般有左中右三个观察窗，能几个人同时观察。另外窗玻璃中含有铅，以防护X-射线的逸出,为方便观察和聚焦，在观察窗外装有可放大10倍左右的双目光学放大镜,2.记录装置,照相室,曝光操纵杆,自动曝光计时装置,目前多数电镜可在底片上打印出多种参数，如:加速电压值、放大倍率、底片编号、放大标尺、操作者代号和拍照时间等。有的新型电镜还装有电视图像系统和真空外照像系统，可以更多地记录观察信息，更方便地分析比较图像。,二.真空排气系统,1.电镜要求其电子通道必须是真空的：,（1）电子穿透力很弱，惟有在

7、高真空条件下才可能达 到一定的自由行程 （2）如果电镜的镜筒中有许多气体分子，高压电路接 通后，气体分子会与高速运动的电子碰撞，使电 子发生散射，引起 弦光并使成像的反差偏低 （3）这种碰撞还会使气体电离放电，导致电子束不稳 定，并产生“闪烁”现象 （4）灼热的灯丝遇到气体会受到腐蚀而容易断裂 （5）残余的气体还会污染样品的表面，再次降低成像 的质量,因此，为了提高成像质量和延长灯丝寿命，尽量减少镜筒中的气体分子，使镜简内保持高真空是必要的。,2.真空度的单位,1mm汞柱定为真空度的单位“乇”，即Torr,个大气压为mm汞柱,1 Torr=133.32 Pa,机械泵 扩散泵 真空检测装置 真空

8、阀门,.真空系统的结构主要为,机械泵是旋转式的，泵体内装有油浸偏心刮片，它通过真空管道与密闭的镜筒相连，并依靠转子的旋转使泵体内的空气压缩，且压力上升。当泵体内的气压大于外界的大气压时，泵体内的气体就被排出。排气阀可防止排出的气体倒流，与此同时，镜简中的气体不断地补充到泵体中，又不断地被排出，这一过程反复循环就使镜筒中的气体越来越少。尽管机械泵排气的速度较低(一般15OL/min)，可达的真空度也不高,但它为进一步用扩散泵抽真空打下了基础。,（）机械泵,机械泵工作原理,扩散泵:由二至三级油扩散泵组成，包括泵 体和水冷却挡板两部分。泵体又包括加热槽、 水冷却箱和多级喷筒。 但是油扩散泵的启动需要

9、特定条件，即吸入 口和排气口的压强必须低于13.3Pa，所以要 用机械泵辅助工作。 在开启扩散泵之前，先用机械泵预抽真空 2030分钟，使镜筒内达到一定的真空度。,（）扩散泵,油扩散泵工作原理截面图,原理：当加热扩散泵中耐热性能好的硅油时，油蒸 气通过喷筒产生喷流，借助喷流产生的能量， 将镜筒中扩散出来的气体分子带走，并送出 排气口，而油蒸气在水冷却箱中再度凝集成 油滴，返回到加热槽中，如此循环往返，镜 筒中的气体分子就不断地被排出。 由于扩散泵功率大，排气速度快(一般280L/s)，所 以可使镜筒短时间内达到并维持较高的真空度(一 般10-10-乇)。 但由于扩散泵的高真空是油蒸气的喷流作用形成的， 容易造成镜筒的油污染，所以不适于高分辨电镜。,扩散泵的工作原理,真空检测装置显示镜筒的真空度，并备有指示灯。有的新型电镜装有自动控制真空系统，当镜筒中的真空度下降时，高压电路自动中断，同时开启真空泵。,（）真空检测装置,（）真空阀门,三.电路系统,组成：小电流高压电源：加速电子和加热灯丝 大电流低压电源：供磁电子透镜聚焦和成像 要求：这两种电源必须非常稳定，要经过二级稳压 高压电源达210-min数量级 低压电源达11-min数量级 这是因为任何极微小的波动都会改变电子束的波长，从而彰响