检测方法发展历史

电子探针（ EPMA）是在扫描电镜的基础上 配上波谱仪或能谱仪的显微分析仪器，它 可以对微米数量级侧向和深度范围内的材 料微区进行相当灵敏和精确的化学成份分 析，基本上解决了鉴定元素分布不均匀的 困难。
电子与材料试样作用可以产生各种讯号。 电子显微镜主要原理就是在收集、分辨各种 讯号的基础上，经过相应处理，得到能够反 映所分析试样的晶体结构、微细组织、化学 成份、化学键类型和电子分布情况的有效信 息。

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，可以得到材料微 观全面的信息。


扫 描 式 电 子 显 微 镜 (scanning electron microscope， SEM) 原理的提出与发展， 约与TEM 同时；但直到1965年，第一部商 售 SEM 才问世。由于 SEM 是研究物体表面 结构及成份的有效手段，试样制作较容易， 目前已被广泛使用。 扫描电子显微镜（ SEM ）具有较高的分辩 率和很大的景深，可清晰地显示粗糙样品 的表面形貌，并以多种方式给出微区成份 等信息，用来观察断口表面微观形态，分 析研究断裂的原因和机理，以及其它方面 的应用。


用电子光学仪器研究物质组织、结构、成份的技术称为电 子显微技术。 众所周知，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）的微观结构和微区成分的变化，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。
电子显微技术发展历史

电子显微镜的发展历史可追溯至1897年，英国科学家J.J. Thomson发 现了电子；到了 1912 年，发现 X 光衍射现象，经 Bragg 的深入研究， 一举奠定了X光的波性和利用电磁波衍射决定晶体结构的方法。1924 年， De Broglie发表了质波说；1926年Heisenberg等发展和丰富了 量子力学，创立了电子波质二元论源自文库理论基础。电子既然具有波性， 则也应该有衍射现象; 1927 年美国 Davisson以电子衍射实验证实了电 子的波性。
在SEM方面，一方面提高分辨率，同时在SEM 上附加上诸如 X射线探测微分析仪等分析仪器，以 辨别物质表面的结构及化学成分等。 近年来，电子显微镜的发展趋势表现为将 TEM 与 SEM结合为一，取二者之长制成扫描穿透式电子显 微 镜 (scanning transmission electron microscope，STEM) ，其分析功能更加强大，可 全面的得到各种有效信息，这种仪器也被称为分析 电子显微镜 (analytical electron Microscope) 。
TEM的主要发展




(l) 试片的研磨。 (2) TEM一般的分辨率由2.5nm提高到数埃。 (3) 双聚光镜的应用可获得漫散射程度小、强度高、 直径在微米左右的电子束，增 加了 TEM 微区域观 察的能力。 (4) 晶体中缺陷电子衍射成像对比理论的发展。 (5)试样在TEM中的处理，如倾斜、旋转等装置得 到实际化应用，克服了制样存在的困难。
绪

论
电子显微镜 (electron microscope，EM) 一般是指利用电磁场偏折、聚焦电子及电子与物 质作用所产生散射 的 原理来研究物质构造及微细 结构的精密仪器。近年来，由 于 电子光学的理论 及应用发展迅速， 这一 定义已 显示出其局限性， 目前 重新定义电子显微镜为一项利用电子与物质 作用所产生 的 讯号来 鉴定微区域晶体结构、微细 组织、化学成份、化学键结合和电子分布情况 的 电子光学装置。
X射线衍射仪
X射线
电子探针仪
扫描电镜
二次电子
荧光辐射
阴极荧光
入射电子
背散射电子
吸收电子
俄歇电子
试 样
透射电子 衍射电子
俄歇电镜
透射电子显微镜
电子衍射仪
图1 电子与物质相互作用产生的信息及相应仪器
电子显微技术的最新进展
近年来TEM及SEM的功能日新月异，TEM主要发展方向为： 1.高电压：增加电子穿透试样的能力，可观察较厚、较具代表 性的试样; 减少波长散布像差; 增加分辨率等。 2.高分辨率：已发展到厂家保证最佳解像能力为点与点间 0.18 nm 、线与线间 0.14nm 。美国于 1983 年成立国家电子显微镜 中心，其中，1000 keV的原子分辨电子显微镜其点与点间的分 辨率达0. 17nm，可直接观察晶体中的原子。 3.分析装置：如附加电子能量分析仪 ， 可鉴定微区域的化学 组成。 4.场发射电子光源 : 具有高亮度及契合性，电子束可小至 1nm 。除适用于微区域成份分析外，更有潜力发展三度空间全像术 。

在电子显微镜结构方面，最主要的电磁透镜源自J.J. Thomson作阴极 射线管实验时观察到电场及磁场可偏折电子束。后人进一步发现可借 助电磁场聚焦电子，产生放大作用。电磁场对电子的的作用与光学透 镜对光波的作用非常相似，因而发展出电磁透镜。
1934 年 ， Ruska 在实验室制作第一部穿透式电 子显微镜(transmission electron microscope，TEM)， 1938 年，第一部商售电子显微镜问世。20世纪 40年代，常用的TEM的分辨率约在l0nm左右，而最 佳分辨率在2至3nm之间。当时由于试样制备的困难 及缺乏应用的动机，所以很少被物理科学研究者使 用。直到 1949 年，Heidenreich 制成适于 TEM观察的 铝及铝合金薄膜，观察到因厚度及晶体面不同所引 起的像对比效应，并成功的利用电子衍射理论加以 解释。由此获得一些与材料性质有关的重要结果， 才使材料界人士对TEM看法有所改变。但因为观察 用试样制备困难，因此该技术发展缓慢。直到20世 纪50年代中期，由于成功地采用TEM观察到不锈钢 中的位错，再加上制样方法的改进，TEM技术才得 以广泛应用，成为一种重要的材料分析手段。