透射电子显微镜结构-材料分析测试方法
材料分析测试方法第十一节透射电子显微镜
照明系统光路图 12
一、透射电子显微镜的结构
（1）照明系统
双聚光镜系统优点：
•聚光镜和物镜之间有足够的空间放置样 品和其他装置； •方便调节束斑尺寸，满足满屏要求和亮 度要求，电子束的平行性和相干性都较好；
13
一、透射电子显微镜的结构
C、聚光镜光阑
一般称之为：第二聚光镜光阑，安装 在第二聚光镜下方的焦平面位置； 作用：限制照明孔径角，可以挡掉高 角度散射即远离光轴的电子，提高电 子束的平行性和空间相干性，控制照 射到样品上的光斑大小和光照强度。
17
一、透射电子显微镜的结构
C、电子束倾斜与平移装置
通过电磁偏转器使入射电子束平移和倾斜。
中心暗场成像CDF：入射电子偏转2θ，衍射束平行于光轴，图像分辨率高；
18
一、透射电子显微镜的结构
（1）照明系统
照明系统的作用：
提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度 好（相干性好）、束流稳定的电子束；
电子束的相干性：
弱激磁、长焦距、变倍（0～20倍）透镜； 进一步放大物镜所成的像。通过调节中间镜 的可变倍率来控制电镜的总放大倍数。
中间镜可以对“像”或“衍射斑点”聚焦，这 也决定了荧光屏上显示的是“像”还是“衍射斑 点”： 放大镜——其物平面与物镜的像平面重合 衍射镜——其物平面与物镜后焦面重合
30
一、透射电子显微镜的结构
侧插式倾斜装置
20
一、透射电子显微镜的结构
样品室：样品平移与倾斜装置
Double Tilt Holder 3mm size limitation
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一、透射电子显微镜的结构
样品室：样品平移与倾斜装置
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一、透射电子显微镜的结构
材料现代测试分析技术-TEM透射电镜
Why？
36
分辨率
球差 色差
像差
像散 电磁透镜也和光学透镜一样，除了衍射 效应对分辨率的影响外，还有像差对分 辨率的影响。由于像差的存在，使得电 磁透镜的分辨率低于理论值。电磁透镜 的像差包括球差、像散和色差。
球差
37
球差是因为电磁透镜的中心区域磁场和边缘区 域磁场对入射电子束的折射能力不同而产生的。 离开透镜主轴较远的电子（远轴电子）比主轴 附近的电子（近轴电子）被折射程度大。
平行电子束形成（TEM-mode）
11
（A）C1会聚，C2欠焦，获得近似平行束； 11 （B）C1会聚，C2聚焦，C3调节获得平行束；
会聚电子束形成（STEM，EDS，NBD，CBD）
12
（A）C1会聚，C2聚焦，获得会聚束； （B）C1会聚，C3调节获得会聚束；
成像系统
13
对电镜： 电子束 聚光镜 物镜 中间镜 投影镜
∆E ∆rC = C c ⋅ α E
像差对分辨率的影响
42
由于球差、像散和色差的影响，物体上的光点在 像平面上均会扩展成散焦斑。 各散焦斑半径折算回物体后可得到由球差、像散 和色差所限定的分辨率。
0.61λ ∆r0 = N sin α
衍射效应造成的散焦斑
1 ∆rS =Csα 3 4
球差效应造成的散焦斑
f ≈K
(IN )2
Ur
式中K是常数，Ur是经相对论校正的电子加速电压，（IN） 是电磁透镜的激磁安匝数。 改变激磁电流可以改变电磁透镜的焦距。而且电磁透镜的焦 距总是正值，这意味着电磁透镜不存在凹透镜，只是凸透镜。
样品倾斜装置及样品台
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现代材料分析方法
现代材料分析方法现代材料分析方法包括物理、化学、电子、光学、表面和结构等多个方面的技术手段，具有快速、准确、非破坏性的特点。
下面将针对常用的材料分析技术进行详细介绍。
一、物理分析方法1. 微观结构分析：包括金相显微镜分析、扫描电镜、透射电镜等技术。
通过观察材料的显微结构、晶粒尺寸、相组成等参数，揭示材料的内在性质和形貌特征。
2. 热分析：如热重分析、差示扫描量热仪等。
利用材料在高温下的重量、热容变化，分析材料的热行为和热稳定性。
3. 电学性能测试：包括电导率、介电常数、介电损耗等测试，用于了解材料的电导性和电介质性能。
4. 磁性测试：如霍尔效应测试、磁滞回线测试等，用于研究材料的磁性行为和磁性特性。
二、化学分析方法1. 光谱分析：包括紫外可见光谱、红外光谱、核磁共振等。
通过检测材料对不同波长的光谱的吸收、散射等现象，分析材料的组分和结构。
2. 质谱分析：如质子质谱、电喷雾质谱等。
通过挥发、电离和分离等过程，分析材料中不同元素的存在及其相对含量。
3. 电化学分析：包括电化学阻抗谱、循环伏安法等。
通过测量材料在电场作用下的电流、电压响应，研究材料的电化学性能和反应过程。
4. 色谱分析：如气相色谱、高效液相色谱等。
利用材料在色谱柱上的分离和吸附效果，分析材料中组分的种类、含量和分布。
三、电子分析方法1. 扫描电子显微镜（SEM）：通过照射电子束，利用电子和物质的相互作用，获得样品表面的详细形貌和成分信息。
2. 透射电子显微镜（TEM）：通过透射电子束，观察材料的细观结构，揭示原子尺度的微观细节。
3. 能谱分析：如能量色散X射线谱（EDX）、电子能量损失谱（EELS）等。
通过分析材料与电子束相互作用时，产生的X射线和能量损失，来确定样品的元素组成和化学状态。
四、光学分析方法1. X射线衍射：通过物质对入射的X射线束的衍射现象，分析材料的晶体结构和晶格参数。
2. 红外光谱：通过对材料在红外辐射下的吸收和散射特性进行分析，确定材料的分子结构和化学键。
材料分析测试方法
材料分析测试方法材料分析测试方法是一种用于确定材料的组成成分、结构特征和性能特性的实验方法。
通过对材料进行分析测试，可以提供有关材料的关键信息，为科学研究、工程设计和质量控制等提供数据支持。
以下是几种常用的材料分析测试方法。
1.光学显微镜分析：光学显微镜是一种使用可见光进行观察的显微镜。
通过使用透射或反射光学系统，可以对材料进行观察，并研究其表面形貌、晶体结构和材料中的微小缺陷等信息。
2.扫描电子显微镜分析：扫描电子显微镜（SEM）是一种通过扫描电子束来观察材料的表面形貌和微观结构的显微镜。
SEM可以提供高分辨率的图像，并能够进行化学成分分析、能谱分析和逆向散射电子显微镜等特殊分析。
3.X射线衍射分析：X射线衍射（XRD）是一种通过用高能X射线照射材料，根据材料中晶格原子的间距和位置来分析材料结构的方法。
XRD可以用来确定晶体结构、晶体取向和晶体缺陷等信息。
4.能谱分析：能谱分析是一种通过测量材料在不同能量范围内的辐射或吸收来分析其化学成分的方法。
常见的能谱分析方法包括X射线能谱分析（XPS）、能量色散X射线能谱分析（EDX）、傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）等。
5.热分析：热分析是一种通过对材料在加热或冷却过程中的物理和化学变化进行分析的方法。
常见的热分析方法包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）和热解吸法（TPD）等。
6.压力测试：压力测试是一种通过使用压力传感器和脉冲测定器等设备来测量材料的力学性能和材料的变形特性的方法。
常见的压力测试包括硬度测试、拉伸测试、压缩测试和扭曲测试等。
7.化学分析：化学分析是一种通过对材料进行化学试剂处理和测量来确定其化学成分和化学特性的方法。
常用的化学分析方法包括气相色谱（GC）、液相色谱（HPLC）和质谱分析等。
8.磁性测试：磁性测试是一种通过测量材料在外加磁场下的响应来分析材料磁性的方法。
常见的磁性测试方法包括霍尔效应测量、磁滞回线测量和磁力显微镜测量等。
材料科学研究与测试方法
材料科学研究与测试方法
材料科学研究是关于材料的性质、结构、制备和应用等方面的研究。
为了深入了解材料的特性和性能，需要使用一系列的测试方法来进行材料的分析和表征。
下面是一些常用的材料科学研究与测试方法：
1. X射线衍射分析：通过照射材料样品，通过测量材料对X射线的衍射模式来确定材料的晶体结构和晶格参数。
2. 扫描电子显微镜（SEM）：通过扫描电子束与材料表面的相互作用，获取高分辨率的表面形貌和形态信息。
3. 透射电子显微镜（TEM）：通过透射电子束与材料的相互作用，观察材料的微观结构和晶体缺陷。
4. 热重分析（TGA）：通过监测材料在升温过程中的质量变化，来确定材料的热稳定性和热分解特性。
5. 差示扫描量热仪（DSC）：通过测量材料在升温和降温过程中的热流量变化，来研究材料的相变、热性能和热分解行为。
6. 红外光谱（IR）：通过测量材料对红外辐射的吸收和散射，来确定材料的分子结构和官能团。
7. 核磁共振（NMR）：通过测量材料中的核自旋共振现象，来确定材料的分子结构和化学环境。
8. 拉伸试验：通过施加外力，测量材料在拉伸过程中的力学性能，如强度、延展性和弹性模量等。
9. 硬度测试：通过施加外力，测量材料在表面的压痕大小，来评估材料的硬度和耐磨性。
10. 电导率测量：通过测量材料的电导率，来评估材料的导电性能和电子迁移性能。
以上是材料科学研究与测试方法中的一部分，不同的材料和研究目的会选择不同的测试方法来进行材料的表征和分析。
武汉理工大学 材料测试方法 透射电镜-2结构和成像和制样
透射电子显微镜 --- 基本结构
场发射高分辨透射电子显微镜
型 号：JEM-2100F STEM/EDS 生产国别、公司： 日本电子，JEOL ，2006.6购置, 670万
主要技术指标： TEM 分 辨 力：0.23nm（点），0.102nm(晶格)
STEM分 辨 力：0.20nm（晶格） 最小束斑尺寸：0.5nm
俄歇电子仅在表面 1nm 层内产生，适 用于 表面分析。
5、透射电子（transmisive electrons, TE)
当试样厚度小于入射电子的穿透深度时， 入射电子将穿透试样，从另一表面射出称为透 射电子。如果试样很薄，只有 10 – 20 nm 的 厚度，透射电子的 主要组成部分 是 弹性散 射电子，成像比较清晰，电子衍射斑点也比较 明锐。
的薄膜或粉末，视其分析内容进行样品制备。
透射电子显微镜 --- 基本结构
TEM是一种大型电子光学仪器。通常包括：
● 电子光学系统 ● 真空系统 ● 电器
电子光学系统
一 、 透 射 电 镜 的 主 要 结 构
一
、
工作过程：
透
① 枪发出电子束
射 电
②经会聚透镜会聚
镜
③照射在试样上并穿
的
过试样
主
④经物镜成象
要 结
⑤再经中间镜和投影 镜放大
构
⑥电子显微象(在荧光
屏或照相底片上)
一
会聚镜：
、 透
短焦距强磁透镜，
射
一般单聚光镜型：
电
镜50Å
主
要
双聚光镜型：
结
构
束斑几个μm,
分辨率几个Å~10Å
一
、
透
射
材料现代分析测试方法
材料现代分析测试方法材料的现代分析测试方法是为了研究材料的组成、结构、性质以及相应的测试手段。
通过分析测试方法，我们可以深入了解材料的特点，进而为材料的研发、优化和应用提供有效的数据支持。
下面将介绍几种常用的材料现代分析测试方法。
一、质谱分析法质谱分析法是一种通过测量样品中不同质荷比（m/z）的离子的相对丰度来确定样品组成和结构的分析方法。
质谱分析法适用于分析有机物和无机物。
其优点是能快速分析出物质组成，提供准确的质量数据，对于结构复杂的样品仍能有效分析。
二、核磁共振（NMR）谱学核磁共振谱学是一种通过测量样品中核自旋与磁场相互作用的现象来分析样品结构和组成的方法。
不同核的共振频率和强度可以提供关于样品分子结构和组成的信息。
核磁共振谱学适用于有机物和无机物的分析。
由于从核磁共振谱图中可以获得丰富的结构信息，所以核磁共振谱学被广泛应用于有机化学、药物研发和材料科学等领域。
三、红外光谱学红外光谱学是一种通过测量样品对不同波长的红外辐射的吸收情况来分析样品结构和组成的方法。
不同官能团在红外区域会有特定的吸收峰位，因此红外光谱能提供有关样品中化学键和官能团的信息。
红外光谱学适用于有机物和无机物的分析。
它具有非破坏性、快速、易于操作等特点，在化学、生物和材料科学领域得到了广泛应用。
四、X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种通过测量样品对入射X射线的衍射现象来研究样品结构和晶体结构的方法。
不同物质的晶格结构具有不同的衍射图样，通过分析衍射图样可以获得样品的晶体结构信息。
X射线衍射适用于分析有晶体结构的材料，如金属、陶瓷、单晶等。
它能提供关于晶体结构、晶粒尺寸和应力等信息，被广泛应用于材料科学、地质学和能源领域。
五、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）扫描电子显微镜和透射电子显微镜是一种通过聚焦电子束对材料进行观察和分析的方法。
扫描电子显微镜主要用于获得材料的表面形貌、颗粒分布和成分分析。
透射电子显微镜则能提供材料的内部结构和界面微观结构的信息。
材料分析测试方法考点总结
材料分析测试方法考点总结1.化学成分分析化学成分分析是材料分析测试的基础内容之一、它可以通过测定材料中的元素含量来确定材料的化学成分。
常用的化学成分分析方法包括：火花光谱分析、光谱分析、质谱分析、原子光谱分析等。
2.物理性能测试物理性能测试是评估材料力学性质的重要手段。
包括材料的硬度、强度、韧性、弹性模量等。
常用的物理性能测试方法有：拉伸试验、硬度测试、冲击试验、压缩试验、剪切试验等。
3.微观结构分析微观结构分析是检测材料内部组织和晶体结构的重要方法。
常用的微观结构分析方法包括：显微镜观察、扫描电子显微镜(SEM)观察、透射电子显微镜(TEM)观察、X射线衍射(XRD)分析等。
4.表面分析表面分析是研究材料表面化学组成、结构和形貌的重要手段。
主要包括表面形貌观察和分析、表面成分分析、表面组织分析等。
常用的表面分析方法有：扫描电子显微镜(SEM)观察、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)分析、原子力显微镜(AFM)观察等。
5.热分析热分析是通过对材料在不同温度下的热响应进行测定和分析，来研究材料热性能的一种方法。
典型的热分析方法包括：热重分析(TGA)、差热分析(DTA)、差示扫描量热分析(DSC)等。
6.包装材料测试包装材料测试是对包装材料的物理性能、化学性能、机械性能、耐久性能等进行测试评估的一种方法。
常用的包装材料测试方法有：抗拉强度测试、撕裂强度测试、温湿度测试、冲击测试、水汽透过性测试等。
7.表征技术表征技术是通过测定和分析材料的性质和性能，来获得材料的各种特征和参数的方法。
常用的表征技术包括：拉曼光谱、红外光谱、紫外-可见分光光度计、液相色谱-质谱分析等。
总结而言，材料分析测试方法主要涵盖了化学成分分析、物理性能测试、微观结构分析、表面分析、热分析、包装材料测试和表征技术。
掌握这些测试方法，可以有效评估和控制材料的质量、性能和性质，为材料科学和工程提供有力支持。
现代材料分析测试方法-第九章透射电子显微镜
二级复型照片
二级复型照片
2.萃取复型
• 在需要对第二相粒子形状、大小 和分布进行分析的同时对第二相 粒子进行物相及晶体结构分析时。 常采用萃取复型的方法。
• 图7-4是萃取复型的示意图。 • 这种复型的方法和碳一级复型类
似，只是金相样品在腐蚀时应进 行深腐蚀，使第二相粒子容易从 基体上剥离。
• 此外，进行喷镀碳膜时，厚度应 稍厚，以便把第二相粒子包络起 来。
• 碳一级复型的特点是在电子束照射下不易 发生分解和破裂，分辨率可比塑料复型高 一个数量级，但制备碳一级复型时，样品 易遭到破坏。
二级复型 法
• 二级复型是目前应用最广的一种复型方• 法。
• 它是先制成中间复型（一次复型），然 后在中间复型上进行第二次碳复型，再 把中间复型溶去，最后得到的是第二次 复型。
第九章 透射电子显微镜 9.3 样品制备技术
透射电子显微镜样品制备
• 透射电子显微镜成像时，电子束是透过样 品成像。由于电子束的穿透能力比较低， 用于透射电子显微镜分析的样品必须很薄。 根据样品的原子序数大小不同，一般在 50～500nm之间。制备透射电子显微镜分析 样品的方法很多，这里介绍几种常用的制 样方法。
3.粉末样品制备
• 随着材料科学的发展，超细粉体及纳米材 料发展很快，而粉末的颗粒尺寸大小、尺 寸分布及形态对最终制成材料的性能有显 著影响，因此，如何用透射电镜来观察超 细粉末的尺寸和形态便成了电子显微分析 的一的一项重要内容。
• 其关键工作是是粉末样品的制备，样品制 备的关键是如何将超细粉的颗粒分散开来， 各自独立而不团聚。
第二步骤是样品的预先减薄
• 预先减薄的方法有两种，即机械法和化学法。 • 机械减薄法是通过手工研磨来完成的，把切割好的薄片一
材料分析方法有哪些
材料分析方法有哪些材料分析是通过对材料进行实验和测试，以获取其物理、化学、力学等性质信息的过程。
在材料科学和工程领域，常用的材料分析方法有以下几种：1. 光学显微镜：利用光学原理观察材料的形貌和组织结构。
可以通过改变倍数和焦距来调整观察尺度，从宏观到微观尺度获得不同的信息。
2. 扫描电子显微镜（SEM）：通过对材料表面扫描电子束的反射和散射得到显微图像。
SEM不仅可以获得高分辨率的表面形貌信息，还可以进行能谱分析，获取元素的分布和化学组成。
3. 透射电子显微镜（TEM）：基于电子束穿透材料并与材料相互作用的原理，可以获得高分辨率的材料内部结构和纳米尺度特征。
通过对电子的散射和衍射进行分析，可以提供关于晶体结构、化学成分和晶体缺陷的信息。
4. X射线衍射（XRD）：通过测量材料对入射X射线的衍射角度和强度，可以确定材料的晶体结构、晶格常数和晶体缺陷。
XRD还可以用于确定晶体的相对含量、定量分析和表面膜的晶体结构等。
5. 质谱法：将材料分子或原子中的成分分离、离子化和检测，然后通过质谱仪对离子进行分析和测量，以确定材料的化学成分和分子结构。
6. 热分析法：包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和热膨胀分析法（TMA）等。
通过对材料在不同温度和时间条件下的重量、热量和尺寸变化进行测量和分析，可以确定材料的热性能、热分解行为和热膨胀系数。
7. 磁性测试：通过对材料在外加磁场下的磁化行为进行测量和分析，可以确定材料的磁化强度、磁滞回线和磁相图等。
8. 电化学测试：通过对材料在电化学条件下的电流、电压和电荷等性质进行测量和分析，可以确定材料的电导率、电极反应和电化学性能等。
除了上述常用的分析方法，还有一些特殊的分析方法，如红外光谱法（IR）、核磁共振谱法（NMR）、电子自旋共振谱法（ESR）等，可以根据不同的实验需求进行选择和应用。
材料现代分析测试方法
材料现代分析测试方法材料现代分析测试方法是指利用现代科学技术手段对材料的成分、结构、性能和表面形貌等进行分析和测试的方法。
随着科学技术的不断发展，材料分析测试方法也在不断更新和完善，为材料研究和应用提供了强大的支持。
本文将就材料现代分析测试方法进行介绍和探讨。
首先，常见的材料分析测试方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、质谱、热分析等。
这些方法可以对材料的成分、结构、性能进行全面而精细的分析和测试，为材料的研究和应用提供了重要的技术支持。
其次，随着纳米材料、功能材料、生物材料等新型材料的发展，材料分析测试方法也在不断创新。
例如，原子力显微镜可以对材料的表面形貌进行高分辨率的观测，电子能谱可以对材料的表面成分进行分析，原位测试方法可以对材料的性能进行实时监测。
这些新方法的出现，为新型材料的研究和应用提供了强大的技术支持。
另外，材料分析测试方法的发展还受益于大数据、人工智能等新兴技术的应用。
通过建立材料数据库、开发智能分析软件，可以对大量的分析测试数据进行整合和分析，发现材料的新规律和新特性。
这为材料研究和应用带来了新的机遇和挑战。
总的来说，材料现代分析测试方法是材料科学研究的重要组成部分，是推动材料科学和工程发展的重要技术支撑。
随着科学技术的不断进步，材料分析测试方法也在不断创新和完善，为材料的研究和应用提供了强大的技术支持。
我们相信，在不久的将来，材料分析测试方法将会迎来更加美好的发展前景。
结语。
通过本文的介绍和探讨，相信读者对材料现代分析测试方法有了更加全面和深入的了解。
材料分析测试方法的发展是与时俱进的，希望本文的内容能够为相关领域的研究工作提供一些帮助和启发。
让我们共同期待材料分析测试方法在未来的发展中取得更加辉煌的成就！。
材料分析测试方法第十一节透射电子显微镜
观察和控制纳米级别的 结构和现象。
3 生物学
研究生物样本的超微结 构和功能。
透射电子显微镜与其他显微镜 的比较
与光学显微镜相比，透射电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数。与扫描 电子显微镜相比，透射电子显微镜可以提供关于材料内部结构和成分的更详 细信息。
透射电子显微镜的未来发展方向
透射电子显微镜技术正在不断发展，未来可能出现更高分辨率、更高灵敏度和更强大的分析功能。这将 为材料科学、纳米技术和生物学等领域带来更广阔的应用前景。
材料分析测试方法第十一 节透射电子显微镜
透射电子显微镜（TEM）是一种先进的显微镜技术，它能够以高分辨率和高 放大倍数观察材料的微观结构。本节将介绍透射电子显微镜的原理、组成部 分、操作步骤，以及其在材料分析中的应用领域。
什么是透射电子显微镜 (TEM)?
透射电子显微镜是一种能够通过材料样本透射电子束，观察和分析材料的微观结构地理解材料的内部结构。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜基于电子的波动性质，利用电子束穿过材料样本后的透射情况来形成图像。它使用电子 透镜组件对电子进行聚焦和控制，使其能够穿透样本并形成高分辨率的图像。
透射电子显微镜的组成部分
电子源
产生高能电子束的来源。
样本台
支持和定位材料样本的平台。
透镜系统
控制和聚焦电子束的组件。
探测器
检测和记录透射电子的设备。
透射电子显微镜的操作步骤
1
样本准备
将材料样本制备成适合在透射电子显
聚焦调整
2
微镜中观察的薄片。
调整透射电子显微镜的透镜系统以获
得清晰的图像。
3
图像采集
使用透射电子显微镜进行图像采集和 记录。
现代材料分析测试技术
现代材料分析测试技术1. 引言现代材料分析测试技术是指利用科学仪器和方法对材料进行测试、分析和评估的一种技术手段。
随着材料科学的不断发展和技术的进步，现代材料分析测试技术在工业、科研和生产领域起着至关重要的作用。
本文将介绍常用的现代材料分析测试技术，包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)等。
2. 扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)是一种非常重要的材料分析测试仪器。
它通过扫描材料表面并通过电子束与材料相互作用来获得材料表面微观形貌和成分信息。
SEM广泛应用于材料科学、纳米材料研究、材料工艺等领域。
它可以观察样品的表面形貌、晶体结构、晶粒大小等，并通过能谱分析仪来获得元素组成信息。
3. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜(TEM)是一种用于观察材料内部结构的高分辨率显微镜。
TEM通过电子束穿透材料，并通过对透射电子进行束缚和散射来图像化材料的内部结构。
它在材料科学、纳米技术、纤维材料等领域具有重要的应用价值。
TEM能够观察材料的晶体结构、晶格缺陷、晶粒尺寸等，并可获得高分辨率的像像。
4. X射线衍射(XRD)X射线衍射(XRD)是一种常用的材料分析测试技术。
它利用材料对入射X射线的衍射现象来研究材料的晶体结构和晶格参数。
XRD广泛应用于材料科学、矿产勘探、无机化学等领域。
XRD可以确定材料的晶体结构、晶格常数、相对结晶度等，并可通过对射线衍射的精确测定来研究材料的相变行为和配位状态。
5. 红外光谱(FTIR)红外光谱(FTIR)是一种常用的材料分析测试技术，可以用来研究材料的分子结构和化学键的振动情况。
红外光谱可以提供关于材料的化学成分、结构和功能的重要信息。
它广泛应用于材料科学、有机化学、聚合物科学等领域。
红外光谱可以帮助确定材料的分子结构、功能团的存在和分布，以及材料的晶体性质等。
6. 总结现代材料分析测试技术在材料科学和工程领域起着至关重要的作用。
材料分析测试方法
材料分析测试方法1. 扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscopy, SEM): SEM通过照射材料表面并收集所产生的散射电子来观察材料的形貌和表面特征。
它能够提供高分辨率和高深度的表面图像，并且可以通过能谱分析来确定元素的分布情况。
2. 透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscopy, TEM): TEM是一种在材料中传输电子束来观察材料的内部结构和晶体缺陷的技术。
它提供了更高分辨率的图像和更详细的结构信息，可以用来研究纳米材料、薄膜、合金和晶体等。
3. X射线衍射 (X-ray Diffraction, XRD): XRD可以通过照射材料表面或内部来观察和分析材料的结构和有序性。
通过测量X射线入射和出射角度的差异，可以确定材料中的晶格参数和晶体结构。
4. 热重-差热分析 (Thermogravimetric Analysis, TGA): TGA可以通过对材料在加热过程中的质量变化进行监测和分析，以确定其热稳定性、失重行为、热分解特性和热化学性质等信息。
同时，差热分析可以提供材料热量变化的信息。
5. 红外光谱 (Infrared Spectroscopy, IR): 红外光谱可以通过测量材料对红外辐射的吸收和散射来分析其分子结构、功能团和化学键。
通过红外光谱可以确定材料的组成和结构信息，并且可以应用于材料识别、质量控制和病理分析等领域。
6. 核磁共振 (Nuclear Magnetic Resonance, NMR): NMR通过对材料中的核磁共振信号进行测量和分析，可以了解材料的分子结构和化学环境。
NMR广泛应用于有机化学、化学物理学和生物化学领域，可以确定化学物质的结构、反应动力学和分子间相互作用等。
7. 拉伸试验 (Tensile Test): 拉伸试验是一种用来测量材料力学性能的常见方法。
通过施加拉伸力并测量拉伸过程中的载荷和变形，可以确定材料的屈服强度、抗拉强度、伸长率和断裂韧性等。
材料微观分析测试技术.
透射电镜
扫描电镜
C-S-H凝胶体和C4AH13晶体
石膏过量安定性不良
钙矾石形貌
氢氧化钙形貌
氢氧化钙形貌
C-S-H凝胶体与骨料界面
石膏形貌
透射电子显微镜
分辨率：0.14nm。 可以直接采集图像信 息，并实现远程观察。
扫描电子显微镜 分 辨 率： 3.5 nm 最大放大倍数：×18~300,000
热重 －红 联 用仪
用于测定样品在程序控制温度下产生的质 量变化及分解过程所生成气体产物的化学 成份。
红外拉曼光谱仪
PE FTIR 1000型 红外仪器
X荧光能量色散光谱仪
D/max-RB X射线衍射仪 可进行从室温至1500℃的动态高温X射线衍分析。 可用于无机和有机小分子的固体化合物物相的定性、定量 及结构分析，纳米材料的粒度表征。
电镜照片
纺纱
粉煤灰
合金
（二）红外线光谱分析
红外光谱技术简介
红外光谱（NIR）分析技术是近年来分析化学 领域迅猛发展的高新分析技术。 红外光谱分析是将光谱测量技术、计算机技 术、化学计量学技术与基础测试技术有机结合的 技术。与常规分析技术不同，红外光谱是一种间 接分析技术，必须通过建立校正模型（标定模型） 来实现对未知样品的定性或定量分析。
新的光源----短波电子辐射源
基于德布罗理论：所有微观离子（电子、中子、离 子）的性质与可见光相同。这就使电子束具有成为新 光源的可能性 又：电子波长 λ =1.226/√V nm (V 加速电压）
如：Ｖ加速到１00千伏，λ ＝0.37nm
２、简介电子显微镜
透射电镜结构与光学显微镜相似 扫描电镜结构与电视摄影显象相似
具体的分析过程主要包括以下几个步骤： 1、选择有代表性的样品并测量其近红外光谱； 2、采用标准或认可的参考方法测定所关心的组 分或性质数据； 3、将测量的光谱和基础数据，用适当的化学计 量方法建立校正模型； 4、未知样品组分或性质的测定。 包括：近红外光谱仪、化学计量学软件和应用 模型三部分。三者的有机结合才能满足快速分析的 技术要求，是缺一不可的。
材料分析方法
材料分析方法材料分析方法是指对材料的成分、结构、性能等进行分析的方法。
材料分析方法的选择对于材料研究和应用具有重要意义，因为只有通过科学的分析方法，才能准确地了解材料的特性，为材料的开发、制备和应用提供可靠的依据。
一、物理分析方法。
物理分析方法是指通过对材料的物理性质进行测试和分析来获取材料信息的方法。
常见的物理分析方法包括X射线衍射分析、扫描电子显微镜分析、透射电子显微镜分析等。
这些方法可以用来确定材料的结构、晶体形貌、晶体取向等信息，为材料的性能和应用提供重要参考。
二、化学分析方法。
化学分析方法是指通过对材料的化学成分进行分析来获取材料信息的方法。
常见的化学分析方法包括元素分析、质谱分析、红外光谱分析等。
这些方法可以用来确定材料的成分、含量、结构等信息，为材料的制备和性能提供重要参考。
三、力学分析方法。
力学分析方法是指通过对材料的力学性能进行测试和分析来获取材料信息的方法。
常见的力学分析方法包括拉伸试验、硬度测试、冲击试验等。
这些方法可以用来确定材料的强度、韧性、硬度等性能，为材料的设计和选择提供重要参考。
四、热学分析方法。
热学分析方法是指通过对材料的热学性能进行测试和分析来获取材料信息的方法。
常见的热学分析方法包括热重分析、差示扫描量热分析、热导率测试等。
这些方法可以用来确定材料的热稳定性、热传导性等性能，为材料的应用和改性提供重要参考。
五、表面分析方法。
表面分析方法是指通过对材料表面的形貌、成分、结构等进行分析来获取材料信息的方法。
常见的表面分析方法包括原子力显微镜分析、电子能谱分析、表面等离子共振分析等。
这些方法可以用来确定材料表面的形貌、化学成分、电子结构等信息，为材料的表面改性和应用提供重要参考。
综上所述，材料分析方法是材料研究和应用中不可或缺的重要环节。
通过物理、化学、力学、热学和表面分析方法的综合运用，可以全面地了解材料的特性，为材料的开发、制备和应用提供科学的依据。
在材料研究和应用中，科学合理地选择和运用分析方法，对于提高材料的质量和性能具有重要意义。
材料的五种表征方法
材料的五种表征方法一、引言材料的表征是指通过一系列实验和测试方法来获取材料的性质和特征的过程。
材料表征方法的选择取决于所研究材料的性质和研究目的。
本文将介绍五种常用的材料表征方法，包括结构表征、形貌表征、力学表征、热学表征和电学表征。
通过深入探讨这些表征方法，我们可以更好地理解材料的性能和应用。
二、结构表征结构表征是研究材料内部结构和组成的方法。
常用的结构表征方法包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等。
1. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种分析材料结晶结构的方法。
通过照射材料表面的X射线，根据X 射线与晶体的相互作用产生的衍射图样，可以确定材料的晶体结构和晶格常数。
2. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种观察材料表面形貌和微观结构的方法。
通过扫描电子束和样品表面的相互作用，可以获取高分辨率的材料表面形貌图像，并且可以分析材料的成分和晶体结构。
3. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种观察材料内部结构和晶体缺陷的方法。
通过透射电子束和材料的相互作用，可以获取高分辨率的材料内部结构图像，并且可以分析材料的晶体结构、晶格缺陷和晶界等。
三、形貌表征形貌表征是研究材料表面形貌和微观结构的方法。
常用的形貌表征方法包括原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）和光学显微镜等。
1. 原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种通过探针和材料表面之间的相互作用来观察材料表面形貌和表面力学性质的方法。
通过探针的运动和反馈信号，可以获取高分辨率的材料表面形貌图像，并且可以测量材料表面的力学性质。
2. 扫描隧道显微镜（STM）扫描隧道显微镜是一种通过电流和材料表面之间的隧道效应来观察材料表面形貌和电学性质的方法。
通过探针的运动和反馈信号，可以获取原子尺度的材料表面形貌图像，并且可以测量材料表面的电导率和电子结构。
3. 光学显微镜光学显微镜是一种观察材料表面形貌和显微结构的方法。
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照明束
TEM
胡克显微镜
现代普通光学显微镜
TEM
光学显微镜就是利用可见光作为照明源的一种显微 镜，极限分辨率为200nm，比人眼的分辨本领提高了 约1000倍，但仍难以满足许多微观分析的要求。
（徕卡）Leica DM系列金相显微镜
双目倒置金相显微镜
TEM
蔡司Axiovert
200 MAT
德国蔡司研究级金相倒置显 微镜Axiovert40 MAT
0.81I
I
两个Airy斑 明显可分辨出
两个Airy斑 刚好可分辨出
两个Airy斑 分辨不出
TEM
能够分辨两个Airy斑的判据——两个Airy斑的 中心距离等于Airy斑的半径。此时在强度曲线 上，两峰之间谷底的强度降低了19%。
TEM
把两个Airy斑中心距离等于Airy斑半径时物平面上相 应两个物点间的距离定义为透镜能分辨的最小间距， 即透镜分辨率。
TEM
电子进入磁场时，将受到磁场强度径向分量Br作 用，产生切向力Ft，使电子得到切向速度vt， vt又 与Bz叉乘的到Fr（径向力），使电子向主轴偏转。 经过透镜后， Br方向改变， Ft反向，但只使vt变小， 不会改变方向，因此电子穿过线圈后仍向主轴靠 近，最终形成螺旋线状聚焦。
TEM
⒉电磁透镜结构
TEMห้องสมุดไป่ตู้
令ΔrS= Δr0进行处理求得最佳孔径半角。
0.61 1 3 r0 0.61 0.61 C S 0 n sin 0 4 0 1.25 C S
1 3 r0 0.49C S4 4 1 4
目前最佳电镜分辨率只能达到0.1nm。
TEM
如图示，不同能量电子聚焦位置不同，一个理想 物点P经透镜折射后在像平面上形成散焦圆斑，前 后移动像平面得到一个最小散焦圆斑2RC ，折算到 物平面上得到一漫散圆斑2ΔrC。
TEM
用ΔrC表示色散，得
E rC CC E
CC—色差系数；（ΔE/E）—电子束能量变化率。 上式表明，当CC、α一定时，电子的能量波动是影 响ΔrC的主要因素。 引起电子能量波动的原因有两个： 其一，电子加速电压不稳，致使电子能量不同； 其二，电子束照射样品时与样品相互作用，部 分电子产生非弹性散射，能量发生变化。
电磁线圈：产生磁力线 软铁壳：提高磁力线密 集程度，从而提高磁感 应强度，增大对电子折 射能力 极靴：使磁场强度有效 集中在狭缝几毫米范围 内。
电磁透镜
带铁壳 纯线圈
带极靴
B（z）
由图可见，有极靴的 电磁透镜，其中心磁 感应强度远高于无极 靴和纯线圈。
有极靴
没有极靴 无铁壳
TEM
电磁透镜成像时满足光学透镜成像基本公式，即物 距u、像距v和焦距 f 满足下式： 1 1 1 f u v 对于电磁透镜，其焦距 f 是可以改变的，f 常用近似 公式为： U
f K
IN 2
r
式中K为常数；Ur是经相对论校正的电子加速电压； IN是线圈的安匝数。 改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜焦距。且电 磁透镜焦距 f 总为正的，表明电磁透镜只有凸透镜， 不存在凹透镜。
5.4
电磁透镜的像差及其对分辨率的影响
根据 r0 知，光学透镜其最佳分辨率为波长一 2 半，而对于电磁透镜远远达不到。以H-800电镜为 例，加速电压为200kV时，理论极限分辨率为 0.00125nm，而实际上只有0.45nm。
第五章 透射电子显微镜结构
引言 通常人眼能分辨的最小距离约0.2mm，要观察更 微小的细节，必须借助于观察 仪器。显微镜的 发明为人类观察和认识微观世界提供了可能。 它的基本功能就是将细微物体放大至人眼可以 分辨的程度。尽管各种显微镜的物理基础可能 不同，但基本工作原理是类似的，即
照明源 样品 信息 成像放大 荧光屏
电磁透镜分辨率除了受衍射效应影响外，还受到 像差影响，降低了透镜的实际分辨率，使其远低 于半波长。
TEM
5.4.1 球差—Δrs 球差—由于电磁透镜近轴区域和远轴区域磁场对 电子折射能力不同而产生的一种像差。
物 P 2Δrs P’
P’’
RS
一个理想物点P经透镜折射后，远轴的电子通过透 镜是折射得比近轴电子要厉害多，以致两者不交在 一点上，结果在像平面成了一个散焦圆斑，如图示。 若用像平面沿主轴从前焦点移动到后焦点，将得到 一个最小散焦斑（半径为Rs）。将最小散焦斑还原 到物平面上，得到半径为Δrs= Rs/M圆斑。
TEM
点光源通过透镜产生的Airy斑半径R0的表达式为
0.61 R0 M n sin
其中：λ—光波长；n—透镜折射率；α—透镜孔 径角；M—放大倍数
假设有两物点通过透镜成像后，在像平面上得到 两个Airy斑。当两个物点由远而近相互靠近时， 其相应Airy斑也相互靠近直至发生重叠。
TEM
TEM
5.3.2 电磁透镜 ⒈电磁透镜聚焦成像原理 电磁透镜是采用电磁线圈激励产生磁场的装置。 电子束在电磁线圈中的运动轨迹是一条圆锥螺旋 曲线。
TEM
当电子沿线圈轴线运动时，运动方向与磁感应方 向一致不受力，电子以直线运动通过线圈；当电 子偏离轴线运动时，受磁场力作用发生偏转，最 后聚焦在轴线的一点。
TEM
一般，人眼分辨率为0.2mm，光学显微镜使人眼分 辨率提高了1000倍，称为有效放大倍数。所以光学 显微镜放大倍数在1000 ~1500，再高的放大倍数对 提高分辨率没有实际贡献（仅仅是放大图像的轮廓， 对图像细节没有作用）。 问题：如何再次提高分辨率？
由 r0 知，提高分辨率的关键是降低照明源的 2 波长。
R0 0.61 r0 M n sin
λ—照明源波长；n—透镜折射率；α—透镜孔径半角
当nsinα做到最大（n=1.5,α=70~75°）时， 。 r0 说明光学显微镜分辨本领主要决定于照明源波长。半 2 波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光最短波 长为390nm，因此光学显微镜最高分辨率为200nm左 右。
TEM
5.4.2 像散 像散——由于透镜磁场的非旋转对称引起的像差。 极靴内孔不圆、上下极靴轴线错位、极靴材质不 均匀以及周围的局部污染都会导致透镜的磁场产 生椭圆度，使电子在不同方向上的聚焦能力出现 差异。
TEM
一个理想物点P经透镜折射后在像平面上形成散 焦圆斑，前后移动像平面得到一个最小散焦圆斑 2RA ，折算到物平面上得到一漫散圆斑2ΔrA。
TEM
现代科学技术的迅速发展，要求材料科学工作者能 够及时提供具有良好力学性能的结构材料及具有各 种物理化学性能的功能材料。而材料的性能往往取 决于它的微观结构及成分分布。因此，为了研究新 的材料或改善传统材料，必须以尽可能高的分辨能 力观测和分析材料在制备、加工及使用条件下（包 括相变过程中，外加应力及各种环境因素作用下等） 微观结构和微区成分的变化，并进而揭示材料成 分—工艺—微观结构—性能之间关系的规律，建立 和发展材料科学的基本理论
FEI JEM-3100F
参考价格：USD 1500000
产地：日本
TEM
普通光学显微镜与TEM工作原理的比较
TEM
5.1
光学显微镜的分辨率
由于衍射效应，一个 理想物点经过透镜成像 时，在像平面上形成一 个具有一定尺寸的中央 亮斑和周围明暗相间的 圆环构成的Airy斑。 Airy 斑的亮度84%集中在中 央亮斑上，其余分布在 周围暗环上。通常以第 一暗环半径衡量Airy斑大 小。
像平面
2Δrs
2RS
TEM
一个理想 物点P
透镜球差
一个半径为 Δrs漫散圆斑
定义Δrs为球差
1 3 rs C s 4
其中：Cs—球差系数，通常电磁透镜的Cs相当 于焦距， 约为1~3mm；α—孔径半角。
通过减小Cs和降低α来减小球差，尤其减小α可 以显著降低Δrs。但无法通过凸、凹透镜的组合 设计来补偿或矫正。
TEM
波长短
折射、聚焦成像
电子波
5.2 电子波波长 电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，即
h mv 电子运动速度v和加速电压间关系为：
1 2 m v eU v 2 2eU m
TEM
综合得电子波波长为：
2em U 由上式可以看出，电子波波长λ与加速电压U成反 比，U越高，电子运动速度v越大，λ越短。 当电子速度较低时，m接近电子静止质量m0；当 电子速度较高时，电子质量需要经过相对论校正， 即
TEM
透射电子显微镜（TEM） 是一种能够以原子尺度的 分辨能力，同时提供物理 分析和化学分析所需全部 功能的仪器。特别是选区 电子衍射技术的应用，使 得微区形貌与微区晶体结 构分析结合起来，再配以 能谱或波谱进行微区成份 分析，得到全面的信息。
H-7650
Tecnai F30
200kV场发射透射 电子显微镜型号： JEM-2100F
电磁透镜
TEM
5.3 电磁透镜
电子波经过非均匀电场和磁场时产生会聚和
发散，达到成像的目的。电子波发生聚焦的 装置称为电子透镜，分为两类：静电透镜和 磁透镜。后者根据所用磁场的不同又可分为 恒磁透镜和电磁透镜。
TEM
5.3.1 静电透镜 由两个同轴圆筒电极构成，两电极电位不同，之间 形成一系列弧形等电位面，电子束沿圆筒轴线进入 圆筒内受电场力作用在等电位面处发生折射并会聚 成一点。 + TEM中的电子枪 就是一个静电透镜。