透射电镜结构原理及明暗场成像

合集下载

明场像和暗场像

明场像和暗场像

明场像和暗场像

The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器,被广泛应用于材料科学等研究领域。透射电镜以波长极短的电子束作为光源,电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品,再经成像系统的电磁透镜成像和放大,然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。在材料科学研究领域,透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。

明暗场成像原理:晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别),是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的,因此称其为衍射衬度,以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。如果只允许透射束通过物镜光栏成像,称其为明场像;如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像,则称为暗场像。有关明暗场成像的光路原理参见图2-1。就衍射衬度而言,样品中不同部位结构或取向的差别,实际上表现在满足或偏离布喇格条件程度上的差别。满足布喇格条件的区域,衍射束强度较高,而透射束强度相对较弱,用透射束成明场像该区域呈暗衬度;反之,偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱,透射束强度相对较高,该区域在明场像中显示亮衬度。而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。如果在一个晶粒内,在双光束衍射条件下,明场像与暗场像的衬度恰好相反。

a) 明场成像 b) 中心暗场成像

透射电镜的明暗场成像技术

透射电镜的明暗场成像技术

2015年秋季学期研究生课程考核

(读书报告、研究报告)

考核科目:透射电镜的明暗场成像技术

学生所在院(系):

学生所在学科:

学生姓名:

学号:

学生类别:应用型

考核结果阅卷人

透射电镜的明暗场成像技术

一、实验内容及实验目的

1.了解透射电镜其基本结构及工作原理。

2.选用合适的样品,通过明暗场像操作的实际演示,了解明暗场成像原理。

二、透射电镜构造原理

透射电镜一般是电子光学系统、真空系统和电源与控制系统三大部分组成。电子光学系统通常称为镜筒,是透射电子显微镜的核心,它又可以分为照明系统、成像系统和观察记录系统。

图1是电镜电子光学系统的示意图,其中左边是电镜的剖面图,右边是电镜的示意图和光学显微镜的示意图对比。由图中可以看出,电镜中的电子光学系统主要包括电子枪、聚光镜、试样台、物镜、物镜光阑、选区光阑、中间镜、投影镜和观察记录系统等几部分组成,其成像的光路与光学显微镜基本相同。

图1 电镜电子光学系统的示意图

电镜的电子光学系统中,一般将电子枪和聚光镜归为照明系统,将物镜、中间镜和投影镜归为成像系统,而观察记录系统则一般是荧光屏和照相机,现在的电镜往往还配有慢扫描CCD相机,主要用来记录高分辨像和一般的电子显微像。图2是电子光学系统的框架图。

图2 电子光学系统的框架图

2.1照明系统

照明系统由电子枪、聚光镜以及相应的平移、倾转和对中等调节装置组成,其作用是提供一束亮度高、照明孔径半角小、平行度好、束流稳定的照明源。为了满足明场和暗场成像的需要,照明束可以在5度范围内倾转。

2.2成像系统

成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜及物镜光阑和选区光阑组成。它主要是将穿过试样的电子束在透镜后成像或成衍射花样,并经过物镜、中间镜和投影镜接力放大。

透射电子显微镜的成像原理

透射电子显微镜的成像原理

位错衍衬像
Dislocations in Ni-base superalloy
The micrograph shows the dislocation structure following creep, with dislocations looping around the particles
透射电子显微镜的成像原理
透射电镜像
1、复型像:反映试样表面状态的像,衬 度取决于复型试样的原子序数和厚度; 2、衍衬像:反映试样内部的结构和完整 性,起源于衍射光束; 3、相衬像:由透射束和一束以上的衍射 束相互干涉产生的像。
2、衍射衬度像
晶体的衍衬像:由于晶体的取向不同,导致各个 晶粒对电子的衍射能力不同所产生的衬度变化。
在完整晶体中引入缺陷的普遍效应,是使原 来规则排列的周期点阵受到破坏,点阵发生了短 程或长程畸变。
四、不完整晶体中衍衬像运动学理论
处理畸变晶体方法:
1、把畸变晶体看成是局部倒易点阵矢量、或局部晶面间
距发生变化: g g g
2、把畸变晶体看成是完整晶体的晶胞位置矢量发生变化,
位置矢量由理想晶体
暗场像的成像
暗场像:采用物镜光栏挡 住透射光束,只让一束衍 射光通过的成像。
2d sin
透过取向位置满足布拉格 关系的晶粒的电子束强度 强
透过取向位置不满足布拉 格关系的晶粒的电子束强 度弱

材料分析测试方法第十一节透射电子显微镜

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 11
一、透射电子显微镜的结构
(1)照明系统
双聚光镜系统:
第一聚光镜:短焦距的强激磁透镜 束斑缩小率约为1/10~1/50,将电 子枪第一交叉点束斑(直径50 μm ) 缩小为1~5μm; 第二聚光镜:长焦距的弱激磁透镜 适焦时放大倍数为1~2倍; 样品表面上的电子照明束斑直径为 2~10μm;
阿贝成像原理
平行光束受到周期结构试样的散 射作用,形成各级衍射束,经透镜 聚焦,会聚于其后焦面上,以衍射 花样的形式将试样结构信息显示出 来。
然后,各级衍射束通过干涉重新 在像平面上会聚,形成反映试样特 征的像。
入射光束
Leabharlann Baidu
光栅
-1 0 1
f0 后焦面
像平面
在透射电镜中,物镜是将来自试样不同点处同方向、同相位的弹性散射
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。

明场像和暗场像

明场像和暗场像

透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器,被广泛应用于材料科学等研究领域。透射电镜以波长极短的电子束作为光源,电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品,再经成像系统的电磁透镜成像和放大,然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。在材料科学研究领域,透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。

明暗场成像原理:晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别),是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的,因此称其为衍射衬度,以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。如果只允许透射束通过物镜光栏成像,称其为明场像;如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像,则称为暗场像。有关明暗场成像的光路原理参见图2-1。就衍射衬度而言,样品中不同部位结构或取向的差别,实际上表现在满足或偏离布喇格条件程度上的差别。满足布喇格条件的区域,衍射束强度较高,而透射束强度相对较弱,用透射束成明场像该区域呈暗衬度;反之,偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱,透射束强度相对较高,该区域在明场像中显示亮衬度。而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。如果在一个晶粒内,在双光束衍射条件下,明场像与暗场像的衬度恰好相反。

a) 明场成像 b) 中心暗场成像

明暗场成像是透射电镜最基本也是最常用的技术方法,其操作比较容易,这里仅对暗场像操作及其要点简单介绍如下:

(1)在明场像下寻找感兴趣的视场。

(2) 插入选区光栏围住所选择的视场。

透射电子显微镜成像原理

透射电子显微镜成像原理

衍射波强度公式:
ID

2

2 g
sin2 szt sz 2
g

Vc cos Fg
式中
Vc -单胞体积 -衍射角之半
Fg -结构振幅
-电子波长
g -消光距离
等厚条纹
等厚条纹
衍射波强度:
ID

2

2 g
sin2 szt sz 2
g

Vc cos Fg
离轴暗场像的质量差, 物镜的球差限制了像的 分辨能力。
暗场像的成像
hkl 000
通过倾斜照明系统使入射 电子束倾斜2θB,让B晶粒 的( hk)l晶面处于布拉格 条件,产生强衍射,而物 镜光阑仍在光轴位置上, 此时只有B晶粒的 衍hkl 射束正好沿着光轴通过光 阑孔,而透射束和其它衍 射束被挡掉,这种方式称 为中心暗场成像方式。
t 2 100 2102 nm 2nm
三、完整晶体中衍衬像运动学理论
对于晶体,衍衬像来源于相干散射,即来源于衍射波
1、有一个晶面严格满足布 拉格条件:双束条件
双束动力学近似
2、入射波与任何晶面都不 满足布拉格条件,假设:
a:透射波的强度几乎等于入 射波的强度;
b:衍射束不再被晶面反射到 入射线方向。
衍射衬度理论简称为衍衬理论
运动学理论:不考虑入射波与衍射波 的相互作用

透射电镜

透射电镜
透射电镜

透射电镜的基本结构

透射电镜的基本原理
样品的制备及实例分析

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、 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。
相位衬度—高分辨成像原理
高分辨像成像机制是所谓的相位衬度 (phase contrast),即:假设在穿过样品后, 电子束的强度基本不发生变化,仅仅是电子 的相位受到周期晶体势场的调制而改变,从 而使得出射电子束携带了晶体结构的细节信 息。
高分辨透射电镜的成像是利用透射束与许多
衍射束之间由于相位不同,相互干涉后形成 点阵条纹(Lattice fringes)像的过程。因此, 高分辨成像理论,或相位衬度理论是一个多 束成像理论。只有在特定条件下(薄样品), 点阵条纹像(高分辨像,HRTEM,Lattice fringes)与晶体结构才存在一一对应的关系, 此时才能称为高分辨结构像。
投影镜

投影镜一般用于固定的放大倍数。 现代的透射电镜还设置了附加投影镜,由于 矫正磁转角。

透射电镜的主要部件---光阑
在透射电子显微镜中有许 多固定光阑和可动光阑, 它们的作用主要是挡掉发 散的电子,保证电子束的 相干性和照射区域。其中 三种主要的可动光阑是第 二聚光镜光阑,物镜光阑 和选区光阑。光阑都用无 磁性的金属(铂、钼等) 制成。

透射电镜结构原理及明暗场成像

透射电镜结构原理及明暗场成像

透射电镜结构原理及明暗场成像

透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)是一

种利用电子束来观察物质微观结构的仪器。与光学显微镜相比,透射电镜

具有更高的分辨率和更强的放大能力。其结构原理主要包括电子源、透射

电子束、样品与透射电镜之间的相互作用、透射电镜成像系统。

1.电子源:透射电子显微镜主要使用热电子发射阴极作为电子源。通

常使用钨丝发射、氧化物表面发射或冷钨阴极等方式来产生电子束。

2.透射电子束:电子源发射出的电子经过一系列的电子光学透镜系统

进行聚焦和调节,形成一束准直的电子束。透射电子束的能量通常为几千

伏到几十万伏之间,能量越高,穿透力越强。

3.样品与透射电镜之间的相互作用:透射电子束通过样品后,会与样

品中的原子和分子发生相互作用。这些相互作用包括散射、散射衍射和吸收。这些相互作用使得电子束的方向、速度、能量等发生变化。

透射电子显微镜中的明暗场成像原理如下:

1.明场成像:在明场条件下,样品中的透射电子束被物镜聚焦,形成

一个清晰的像。物体的亮度取决于电子束的强度,在没有样品的地方透射

电子束强度最大,物体越厚,透射强度就越小,呈现出亮度变暗的效果。

明场成像适合于观察形貌和表面特性。

2.暗场成像:在暗场条件下,样品被遮挡住一部分区域,只有经过遮

挡区域的电子束能够通过。这样,只有经过散射才能把电子束引入投影镜,通过暗场的形成,呈现出样品的内部结构。暗场成像适合于观察晶体缺陷、界面反应等。

总之,透射电子显微镜利用电子束的穿透性质,通过样品与电子束的相互作用以及透射电镜的光学系统,实现了对物质微观结构的高分辨率观察。明暗场成像原理使得我们可以观察到不同结构和特性的样品的不同信息。

明场像与暗场像都有什么区别呢

明场像与暗场像都有什么区别呢

明场像与暗场像都有什么区别呢

一个是透射束成像,一个是衍射束成像

透射电镜图像分为试样的显微像和衍射花样,这两种像分别为不同电子成像,前者是透射电子成像,后者为散射电子成像。

透射电镜中,不仅可以选择特定的像区进行电子衍射(选区电子衍射),还可以选择成像电子束。(选择衍射成像)

明场像(BF):选用直射电子形成的像(透射束),像清晰。

暗场像(DF):选用散射电子形成的像(衍射束),像有畸变、分辨率低。

成像电子的选择是通过在物镜的背焦面上插入物镜光阑来实现的。

中心暗场像(CDF):入射电子束对试样倾斜照明,得到的暗场像。像不畸变、分辨率高。

暗场成像条件下,成像电子束偏离透射电镜的光轴,造成较大的像差,成像质量差,为获得高质量暗场像,采取中心暗场成像。即入射电子束反向倾斜一个相应的散射角度,使散射电子沿光轴传播。

所谓明场,暗场成像只是对低倍观察时说的。

一般来说,观察形貌我们都比较喜欢用明场像,因为成像衬度好(尤其是加了合适的光阑),形变小。其主要表现为厚度衬度,对厚度敏感。

而观察缺陷如位错,孪晶的时候喜欢用暗场像,因为暗场像是来自于选定的某个衍射束,对应于晶体特定的晶面。在缺陷地方,电子衍射的方向和完整的地方不一样,从而使得缺陷地方能够在暗场像上清楚的显示出来。而明场像因为是多个衍射束的成像,对缺陷不敏感,虽然有时候也能反应出缺陷,但是及其模糊。其主要表现为衍射衬度。也就是对衍射面敏感。

比如说一个孪晶材料,对于明场,孪晶界面很淡,但是选择合适的衍射点做暗场像可以很清楚的看见孪晶界面。而且选择其中一个晶体特有的衍射点,做暗场可以发现只有这一个晶体出现在图像上,而另外一个晶体看不见。

实验一 透射电镜的明暗场成像技术

实验一 透射电镜的明暗场成像技术

实验一透射电镜的明暗场成像技术

1.1透射电子显微镜的基本结构和成像原理

1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜(TEM),透射电子显微镜也是用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。目前TEM的分辨力可达0.2nm。TEM由电子光学系统(又称镜筒)、电源与控制系统和真空系统三部分组成。镜筒的光路原理与透射光学显微镜相似,它分为照明系统、成像系统和观察记录系统三部分。

照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成,它起到提供亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。当照明束在2°-3°范围内倾斜,可以满足明昌暗场成像的需求。电子枪是TEM的电子源。目前在高性能分析性透射电镜中多采用场发射电子枪(FEG),包括冷阴极FEG和热阴极FEG。在金属表面加以强电场,金属表面势垒变浅,由于隧道效应,金属内部电子将穿过势垒从其表面发射出来,这就是场发射现象。场发射枪的束斑尺寸可达10~100nm,能量分散度小雨1eV,且电子束的相干性也很好。

聚光镜用来汇聚电子枪射出的电子束,以最小的损失照明样品,调节照明强度、孔径角和束斑大小。

成像系统由物镜、中间镜和投影镜组成。物镜是一个强励磁、短焦距的透镜(f=1-3mm),它的放大倍数较高,一般为100-300倍。目前高质量的物镜其分辨率可达0.1mm左右。中间镜是一个弱励磁的长焦距的变倍率透镜,可子啊0-20倍范围调节;当放大倍数大于1时,用来进一步放大物镜像;当倍数小于1时,用来缩小物镜像。如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合,则在荧光屏上得到一幅放大像,这就是显微镜中的成像操作;若中间镜的物平面和物镜的背焦面重合,则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样,这就是透射电子显微镜中的电子衍射操作。投影镜是一个短焦距的强磁透镜,它的励磁电流是固定的,因此的它的景深和焦长都非常大。

透射电子显微镜及其应用

透射电子显微镜及其应用

透射电子显微镜及其应用

读书报告

姓名:孙家宝

学号:DG1022076

电子科学与工程学院

2021年3月31日

目录

第一章透射电子显微镜 (1)

1.1 透射电子显微镜的结构 (1)

1.1.1.电子光学部分 (1)

1.1.2.真空系统 (3)

1.1.3.供电控制系统 (4)

1.2 透射电子显微镜主要的性能参数 (4)

1.2.1 分辨率 (4)

1.2.2 放大倍数 (4)

1.2.3 加速电压 (5)

1.3 透射电镜的成像原理 (5)

1.3.1 透射电镜的成像方式 (5)

1.3.2 衬度理论 (6)

1.4 透射电镜的电子衍射花样 (6)

1.4.1 电子衍射花样 (6)

1.4.2电子衍射与X射线衍射相比的优点 (7)

1.4.3电子衍射与X射线衍射相比的不足之处 (7)

1.4.4选区电子衍射 (7)

1.4.5常见的几种衍射图谱 (8)

1.4.6单晶电子衍射花样的标定 (8)

第二章透射电子显微镜分析样品制备 (10)

2.1 透射电镜复型技术(间接样品) (10)

2.1.1塑料——碳二级复型 (10)

2.1.1萃取复型(半直接样品) (11)

2.2 金属薄膜样品的制备 (11)

1.2 电子显微镜中的电光学问题 (13)

1.2.1 电子射线(束)的特性 (13)

第一章 透射电子显微镜

1.1 透射电子显微镜的结构

透射电子显微镜(TEM )是观察和分析材料的形貌、组织和结构的有效工具。TEM 用聚焦电子束作照明源,使用对电子束透明的薄膜试样,以透过试样的透射电子束或衍射电子束所形成的图像来分析试样内部的显微组织结构。图 1.1(a )(b )是两种典型的透射电镜的实物照片。透射电子显微镜的光路原理图如图1.2所示。

透射电镜的明场像和暗场像的成像原理

透射电镜的明场像和暗场像的成像原理

透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器,被广泛应用于材料科学等研究领域。透射电镜以波长极短的电子束作为光源,电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品,再经成像系统的电磁透镜成像和放大,然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。在材料科学研究领域,透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。

明暗场成像原理:晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别),是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的,因此称其为衍射衬度,以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。如果只允许透射束通过物镜光栏成像,称其为明场像;如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像,则称为暗场像。有关明暗场成像的光路原理参见图2-1。就衍射衬度而言,样品中不同部位结构或取向的差别,实际上表现在满足或偏离布喇格条件程度上的差别。满足布喇格条件的区域,衍射束强度较高,而透射束强度相对较弱,用透射束成明场像该区域呈暗衬度;反之,偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱,透射束强度相对较高,该区域在明场像中显示亮衬度。而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。如果在一个晶粒内,在双光束衍射条件下,明场像与暗场像的衬度恰好相反。

a) 明场成像 b) 中心暗场成像

明暗场成像是透射电镜最基本也是最常用的技术方法,其操作比较容易,这里仅对暗场像操作及其要点简单介绍如下:

(1) 在明场像下寻找感兴趣的视场。

(2) 插入选区光栏围住所选择的视场。

1透射电镜结构及明暗场成像

1透射电镜结构及明暗场成像

透射电镜结构原理及明暗场成像

1 简介

透射电子显微镜如图1所示(Transmission Electron Microscope,TEM)是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备,透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器,被广泛应用于材料科学等研究领域。透射电子显微镜按加速电压分类,通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。提高加速电压,可缩短入射电子的波长。一方面有利于提高电镜的分辨率;同时又可以提高对试样的穿透能力,这不仅可以放宽对试样减薄的要求,而且厚试样与近二维状态的薄试样相比,更接近三维的实际情况,在自然科学研究中起到日益重要的作用

图1 透射电镜

2 透射电镜的基本结构及工作原理

透射电子显微镜由以下几大部分组成:照明系统,成像光学系统;记录系统;真空系统;电气系统,如图2所示。成像光学系统,又称镜筒,是透射电镜的主体。

照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。电子枪是发射电子的照明光源。聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而成的交叉点进一步会聚后照射到样品上。照明系统的作用就是提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。

图2 透射电子显微镜主体的剖面图

成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成。物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透镜。透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于物镜。因为物镜的任何缺陷都被成像系统中其它透镜进一步放大。欲获得物镜的高分辨率,必须尽可能降低像差。通常采用强激磁,短焦距的物镜。物镜是一个强激磁短焦距的透镜,它的放大倍数较高,一般为100-300倍。目前,高质量的物镜其分辨率可达0.1nm左右。中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜,可在0-20倍范围调节。当M>1时,用来进一步放大物镜的像;当M<1时,用来缩小物镜的像。在电镜操作过程中,主要是利用中间镜的可变倍率来控制电镜的放大倍数。投影镜的作用是把经中间镜放大(或缩小)的像(电子衍射花样)进一步放大,并投影到荧光屏上,它和物镜一样,是一个短焦距的强磁透镜。投影镜的激磁电流是固定的。因为成像电子束进入投影镜时孔镜角很小(约10-3rad),因此它的景深和焦距都非常大。即使改变中间镜的放大倍数,使显微镜的总放大倍数有很大的变化,也不会影响图像的清晰度。有时,中间镜的像平面还会出现

明场像和暗场像

明场像和暗场像

之巴公井开创作

透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放年夜倍数的电子光学仪器, 被广泛应用于资料科学等研究领域.透射电镜以波长极短的电子束作为光源, 电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品, 再经成像系统的电磁透镜成像和放年夜, 然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像.在资料科学研究领域, 透射电镜主要可用于资料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定.

明暗场成像原理:晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即分歧区域的亮暗分歧), 是由于样品相应的分歧部位结构或取向的分歧招致衍射强度的不同而形成的, 因此称其为衍射衬度, 以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像.如果只允许透射束通过物镜光栏成像, 称其为明场像;如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像, 则称为暗场像.有关明暗场成像的光路原理拜会图2-1.就衍射衬度而言, 样品中分歧部位结构或取向的分歧, 实际上暗示在满足或偏离布喇格条件水平上的分歧.满足布喇格条件的区域, 衍射束强度较高, 而透射束强度相对较弱, 用透射束成明场像该区域呈暗衬度;反之, 偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱, 透射束强度相对较高, 该区域在明场像中显示亮衬度.而暗场像中的

衬度则与选择哪支衍射束成像有关.如果在一个晶粒内, 在双光束衍射条件下, 明场像与暗场像的衬度恰好相反.

a) 明场成像 b) 中心暗场成像

明暗场成像是透射电镜最基本也是最经常使用的技术方法, 其把持比力容易, 这里仅对暗场像把持及其要点简单介绍如下:

透射电子显微镜

透射电子显微镜

场发射枪性能优异,具有束斑尺寸小、亮度 高、能量分散度小等特点.
2.聚光镜
聚光镜用来会聚电子枪射出 的电子束。一般都采用双聚 光镜系统,如右图所示。第 一聚光镜是强激磁透镜,束 斑缩小率10~50倍左右,将 电子枪第一交叉点束斑缩小 为1~5μ m;而第二聚光镜 是弱激磁透镜,适焦时放大 倍数为2倍左右。结果在样 品平面上可获得2~10μ m的 照明电子束斑。
2.物镜光阑
• 物镜光阑又称为衬度光阑,通常它被放在物镜的后焦面上。 • 常用物镜光阑孔的直径是20~120μ m范围。 • 电子束通过薄膜样品后产生散射。散射角较大的电子被光 阑挡住,不能继续进入镜筒成像,从而就会在像平面上形 成具有一定衬度的图像。光阑孔越小,被挡去的电子越多, 图像的衬度就越大,这就是物镜光阑又叫做衬度光阑的原 因。加入物镜光阑使孔径角减小,能减小像差,得到质量 较高的显微图像。 • 物镜光阑的另一个主要作用是在后焦面上套取衍射束的斑 点(即副焦点)成像,这就是所谓暗场像。利用明暗场显 微照片的对照分析,可以方便地进行物相鉴定和缺陷分析。
•电子束倾斜与平移装置
利用电子束原位倾斜可以进行中心暗场成像操作
•消像散器
用来消除或减小透镜磁场的非轴对称性,把固 有的椭圆形磁场校正成旋转对称磁场的装置。 消像散器可以是机械式的,可 以是电磁式的。机械式的是在 电磁透镜的磁场周围放置几块 位置可以调节的导磁体,用它 们来吸引一部分磁场,把固有 的椭圆形磁场校正成接近旋转 对称的磁场。电磁式的是通过 电磁极间的吸引和排斥来校正 椭圆形磁场的

透射电子显微镜成像原理

透射电子显微镜成像原理

Fig. 2. TEM micrographs and corresponding diffraction patterns of the AA2324 alloy in the WQ-270 condition: (a) bright field; (b) [0 0 1]Al SAD pattern of the S phase precipitate in dark contrast in (a) with surrounding matrix (the streaks emanating from the brighter Al spots are an artefact due to camera saturation); (c) simulated SAD pattern corresponding to (OR1). The rectangle corresponds to the range of (b).
透射电子显微镜的成像原理
透射电镜像
1、复型像:反映试样表面状态的像,衬 度取决于复型试样的原子序数和厚度; 2、衍衬像:反映试样内部的结构和完整 性,起源于衍射光束; 3、相衬像:由透射束和一束以上的衍射 束相互干涉产生的像。
2、衍射衬度像 、
晶体的衍衬像: 晶体的衍衬像:由于晶体的取向不同,导致各个 晶粒对电子的衍射能力不同所产生的衬度变化。
等倾干涉
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

2017 年秋季学期研究生课程考核

(读书报告、研究报告)

考核科目:材料显微分析实践

考核项目:透射电镜的明暗场成像技术学生所在院(系):材料学院

学生所在学科:材料工程

学生姓名:张珞斌

学号:17S109247

学生类别:专硕

考核结果阅卷人

透射电镜结构原理及明暗场成像

一、实验内容及实验目的

1.结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理,以加深对透射电镜结构的整体印象,加深对透射电镜工作原理的了解。

2.选用合适的样品,通过明暗场像操作的实际演示,了解明暗场成像原理。

二、透射电镜的基本结构及工作原理

透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器,被广泛应用于材料科学等研究领域。透射电镜以波长极短的电子束作为光源,电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品,再经成像系统的电磁透镜成像和放大,然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。在材料科学研究领域,透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。

透射电子显微镜按加速电压分类,通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。提高加速电压,可缩短入射电子的波长。一方面有利于提高电镜的分辨率;同时又可以提高对试样的穿透能力,这不仅可以放宽对试样减薄的要求,而且厚试样与近二维状态的薄试样相比,更接近三维的实际情况。就当前各研究领域使用的透射电镜来看,其主要三个性能指标大致如下:

加速电压:80~3000kV

分辨率:点分辨率为0.2~0.35nm、线分辨率为0.1~0.2nm

最高放大倍数:30~100万倍

尽管近年来商品电镜的型号繁多,高性能多用途的透射电镜不断出现,但总体说来,透射电镜一般由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统三大部分组成。此外,还包括一些附加的仪器和部件、软件等。有关的透射电镜的工作原理可参照教材,并结合本实验室的透射电镜,根据具体情况进行介绍和讲解。以下仅对透射电镜的基本结构作简单介绍。

2.1电子光学系统

电子光学系统通常又称为镜筒,是电镜的最基本组成部分,是用于提供照明、成像、显像和记录的装置。整个镜筒自上而下顺序排列着电子枪、双聚光镜、样

品室、物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏及照相室等。通常又把电子光学系统分为照明、成像和观察记录部分。

2.2 真空系统

为保证电镜正常工作,要求电子光学系统应处于真空状态下。电镜的真空度一般应保持在10-5托,这需要机械泵和油扩散泵两级串联才能得到保证。目前的透射电镜增加一个离子泵以提高真空度,真空度可高达133.322×10-8Pa或更高。如果电镜的真空度达不到要求会出现以下问题:

(1) 电子与空气分子碰撞改变运动轨迹,影响成像质量。

(2) 栅极与阳极间空气分子电离,导致极间放电。

(3) 阴极炽热的灯丝迅速氧化烧损,缩短使用寿命甚至无法正常工作。

(4) 试样易于氧化污染,产生假象。

3.供电控制系统

供电系统主要提供两部分电源,一是用于电子枪加速电子的小电流高压电源;二是用于各透镜激磁的大电流低压电源。目前先进的透射电镜多已采用自动控制系统,其中包括真空系统操作的自动控制,从低真空到高真空的自动转换、真空与高压启闭的连锁控制,以及用微机控制参数选择和镜筒合轴对中等。

三、明暗场成像原理及操作

3.1 明暗场成像原理

晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别),是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的,因此称其为衍射衬度,以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。如果只允许透射束通过物镜光栏成像,称其为明场像;如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像,则称为暗场像。有关明暗场成像的光路原理参见图2-1。就衍射衬度而言,样品中不同部位结构或取向的差别,实际上表现在满足或偏离布喇格条件程度上的差别。满足布喇格条件的区域,衍射束强度较高,而透射束强度相对较弱,用透射束成明场像该区域呈暗衬度;反之,偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱,透射束强度相对较高,该区域在明场像中显示亮衬度。而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。如果在一个晶粒内,在双光束衍射条件下,明场像与暗场像的衬度恰好相反。

3.2 明场像和暗场像

明暗场成像是透射电镜最基本也是最常用的技术方法,其操作比较容易,这里仅对暗场像操作及其要点简单介绍如下:

(1) 在明场像下寻找感兴趣的视场。

(2) 插入选区光栏围住所选择的视场。

(3) 按“衍射”按钮转入衍射操作方式,取出物镜光栏,此时荧光屏上将显示选区域内晶体产生的衍射花样。为获得较强的衍射束,可适当的倾转样品调整其取向。

(4) 倾斜入射电子束方向,使用于成像的衍射束与电镜光铀平行,此时该衍射斑点应位于荧光屏中心。

(5) 插入物镜光栏套住荧光屏中心的衍射斑点,转入成像操作方式,取出选区光栏。此时,荧光屏上显示的图像即为该衍射束形成的暗场像。

通过倾斜入射束方向,把成像的衍射束调整至光轴方向,这样可以减小球差,获得高质量的图像。用这种方式形成的暗场像称为中心暗场像。在倾斜入射束时,应将透射斑移至原强衍射斑(hkl)位置,而(hkl)弱衍射斑相应地移至荧光屏中心,而变成强衍射斑点,这一点应该在操作时引起注意。

图1 明暗场成像的光路原理示意图

a) 明场成像b) 中心暗场成像

图1是相邻两个钨晶粒的明场和暗场像。由于A晶粒的某晶面满足布喇格条件,衍射束强度较高,因此在明场像中显示暗村度。图1b是A晶粒的衍射束形成的暗场像,因此A 晶粒显示亮衬度,而B晶粒则为暗像。

相关文档
最新文档