电子显微镜(1)课件

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一种金属喷雾粒子的SEM照片
（a）双晶ZnO纳米带的扫描透射照片 (b) 双晶纳米带晶界处的EDS谱
(c) 双晶纳米带两边的EDS谱.
Cu纳米线 该图为在铝阳极氧化膜的孔中生长的Cu纳米线照片。
“飘摇”（碳纳米管） 该图片是一种特定工艺条件下生长的碳纳米管形貌。碳纳米 管具有强度高，韧性好的特点，可用于复合材料，还可用于
=h/mv
电子的速度v和加速电压U之间存在下面的关系
eU ＝1/2 mv2
即
v ＝（2eU/m）1/2由此得 ＝ h/(2e NhomakorabeaU)1/2
代入h=6.62×10-34J.S (Planck 常数),
m=9.11×10-31kg，
e=1.60×10-19c
＝12.25/U1/2 U的单位用伏特，的单位为Å 。
特殊电子元件(如场发射灯丝和平板显示器发光材料)。
“蔓”（羟基磷灰石） 图为羟基磷灰石形貌。其形成过程为：首先在动物身 上提取的胶原蛋白复合海绵体，该海绵体经模拟液浸
泡后生长形成如图所示的羟基磷灰石。
“巢”(铝阳极氧化膜) 该图为铝阳极氧化膜显微结构。该膜具有防腐、耐磨和
绝缘的特性，因此被广泛用于电子和工业领域。
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
（1）v∥B，则F=0，电子不受磁场力作用，其运动速度的大小及 方向不变； （2）若v⊥B，则F＝qVB，即只改变运动方向，不改变运动速度 ，从而使电子在垂直于磁力线方向的平面上做匀速圆周运动。 （3）若v与B既不垂直也不平行，而成一定夹角，则其运动轨迹 为螺旋线。F＝qVBsinθ (θ为B与V的夹角 )
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
前面计算的过程中，电子的质量采用 的是静止时的质量，但根据相对论理论， 在高速运动的情况下，其质量有变化：
m＝m0/[1-(v/c)2]1/2 v为电子运动的速度，c为光速。 波长与电压的计算公式应引入相对论 校正为 ＝12.25/[U(1+0.9788×10-6U)]1/2
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
下图是一常用的电磁透镜剖面图。磁力 线围绕短线圈呈环状。
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
半波长原理
这说明，显微镜的分辨率取决 于可见光的波长，而可见光的波 长范围为390 – 760nm，故而光 学显微镜的分辨率不可能高于 200nm。
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
为进一步提高光学显微镜的分辨率，唯 一的可能是利用短波长的电磁波。
例如用紫外线（<400nm）作光源，分 辨率可提高一倍。
（SEM）
用于微形貌观察、显微成分分析
透射电子显微镜： Transparent Electron Microscopy
（TEM）
用于微结构分析、微形貌观察
电子探针： Electron Probe Microscopic analyzer
（EPMA）
微区成分分析、显微形貌观察
粉煤灰的SEM照片
从煤粉炉烟道气体中收集的 粉末称为粉煤灰。
根据光学原理，两个发光点的分辨距离为：
r0：两物点的间距； λ：光线的波长； n：透镜周围介质的折射率； n sinα：数值孔径，用N.A表示。 将玻璃透镜的一般参数代入上式，即最大孔径 半角α=70-75，在介质为油的情况下，n＝1.5, 其数值孔径n sinα＝1.25-1.35，上式可化简为：
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
电子在磁场中的运动：
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
运动电子在磁场中受到Lorentz力 作用，其表达式为：
式中：e-运动电子电荷； v-电子运动速度矢量； B-磁感应强度矢量； F-洛仑兹力 。
显然，F的方向垂直于矢量v和B所决定的平 面，力的方向可由右手法则确定。
当电子的波动性被发现后，很快就被用 来作为提高显微镜分辨率的新光源，即出 现了电子显微镜。目前电子显微镜的放大 倍数已达到数十万倍，这是光学显微镜所 无法达到的。下面来计算电子束的波长。
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
•2 电子波的波长
已知电子束具有波动性，对于运动速度为v，质量为m 的电子波的波长为：
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
人的眼睛的分辨本领为0.5mm 左右,极限分辨本领0.1mm。一个 物体上的两个相邻点能被显微镜 分辨清晰，主要依靠显微镜的物 镜。 假如在物镜形成的像中，这两点 未被分开的话，则无论用多大倍 数的投影镜或目镜，也不能再把 它们分开。
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
加速电压与电子波长的关系如下表所示：
光源问题：可见，只要能使加速电压提高到一定值就 可得到很短的电子波。正是这一原因，用高压加速电 子就成为近代电镜的最重要特点，用这样的电子波作 为照明源就可显著提高显微镜的分辨本领。问题是能 否制造出使电子波聚焦成像的透镜。
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
•3 电磁透镜
我们知道，光学显微镜是利用玻璃透镜使 可见光聚焦成像的。
电子和可见光不同，它是一带电粒子，不 能凭借光学透镜会聚成像。
电子显微镜可以利用电场或磁场使电子束 聚焦成像，其中用静电场成像的透镜称为静电 透镜，用电磁场成像的称为电磁透镜。
由于静电透镜从性能上不如电磁透镜，所 以在目前研制的电子显微镜中大都采用电磁透 镜。
电子显微分析 第一章 电子显微镜基本原理
（2）分辨率 任何显微镜的用途都是将物体放大，
使物体上的细微部分清晰地显示出来， 帮助人们观察用肉眼直接看不见的东西。
假如物体上两个相隔一定距离的点， 利用显微镜把他们区分开来，这个距离 的最小极限，即可以分辨的两个点的最 短距离称为显微镜的分辨率，或称分辨 本领。
电子显微分析
•第一章 电子显微镜基本原理
1 电子显微镜概述 2 电子波的波长 3 电磁透镜 4 电磁透镜的缺陷 5 电磁透镜的景深和焦长 6 电子显微镜的构成 7 与光学显微镜的比较
电子显微分析
1. 电子显微镜概述
（1）电子显微镜包括以下三种类型的仪器：
扫描电子显微镜：Scanning Electron Microscopy