透射电子显微镜的结构、原理和衍衬成像观察
电子行业第七章透射电子显微镜
电子行业第七章透射电子显微镜1. 引言透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种利用电子束通过物质样品来观察和分析样品内部结构的高分辨率显微镜。
它在电子行业中具有重要的应用价值。
本文将介绍透射电子显微镜的原理、组成部分、工作原理以及在电子行业中的应用。
2. 原理透射电子显微镜的工作原理主要基于电子的波粒二象性，即电子既具有波动性又具有粒子性。
透射电子显微镜通过将电子射入样品，并测量透过样品的电子束的强度和相位的变化，从而获得具有高分辨率的样品图像。
3. 组成部分透射电子显微镜主要由以下几个组成部分构成：3.1. 电子源透射电子显微镜通常使用热阴极电子枪作为电子源。
热阴极电子枪通过加热钨丝，使其发射出带有高能电子的电子束。
3.2. 透镜系统透射电子显微镜的透镜系统主要包括凸透镜和凹透镜。
这些透镜可以通过调节电磁场来聚焦或散射电子束，从而控制电子束的路径和聚焦度。
3.3. 样品台样品台是透射电子显微镜用来固定和支撑样品的平台。
样品通常是非导电材料，需要使用特殊的处理方法，例如金属镀膜，以增强电子的透射性。
3.4. 探测器透射电子显微镜的探测器用于测量透过样品的电子束的强度和相位的变化。
常用的探测器包括闪烁屏、像差补偿系统和光电倍增管。
4. 工作原理透射电子显微镜的工作原理可以分为以下几个步骤：1.电子源产生高能电子束。
2.电子束通过透镜系统进行聚焦和聚差。
3.电子束通过样品，并透过样品的部分电子被散射、吸收或透射。
4.探测器测量透过样品的电子束的强度和相位的变化。
5.根据探测器的测量结果，生成和显示样品的图像。
5. 应用透射电子显微镜在电子行业中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：5.1. 材料科学透射电子显微镜可以用于研究材料的晶体结构、晶格缺陷、纳米颗粒等。
它可以提供高分辨率的图像和成分分析结果，帮助研究人员了解材料的性质和行为。
5.2. 生物学透射电子显微镜可以用于观察生物样品的超微结构，例如细胞器、细胞核、细胞膜等。
透射电子显微镜步骤
透射电子显微镜步骤透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种非常重要的科学仪器，用于观察微观尺度下的物质结构。
与光学显微镜相比，透射电子显微镜使用的是电子束而不是光束，通过透射电子的原理来观察样本的巨细无遗的内部结构。
本文将介绍透射电子显微镜的工作原理和具体操作步骤。
一、透射电子显微镜的工作原理透射电子显微镜主要由电子源、电子光学系统（包括透镜和减速电势），样品台、显微镜筒和检测器等组成。
其工作原理基于透射电子的性质，通过像差补偿技术来获得清晰的图像。
首先，电子枪产生高能电子束，通过电子光学系统进行加速和聚焦。
然后，电子束通过样品台，与样品进行相互作用。
在样品内部，电子束受到不同区域的散射和吸收，产生干涉和衍射现象。
最后，通过检测器来记录电子束通过样品后的信号，形成图像。
二、透射电子显微镜的操作步骤1. 样品制备在使用透射电子显微镜之前，首先需要制备样品。
样品制备的过程包括选择合适的样品材料、切割样品成薄片或小块、样品抛光以去除表面粗糙度，并最终制备成适合透射电子显微镜观察的样本。
2. 样品放置将制备好的样品放置在透射电子显微镜的样品台上。
为保持样品的稳定性，通常会采用样品夹具或胶水等固定样品。
3. 外层真空打开透射电子显微镜的真空系统，将内部气体抽取，创造一个接近真空的环境。
这样可以防止电子束与空气中的分子发生散射。
4. 对准样品通过调整透射电子显微镜的调节杆，使电子束对准样品。
这个过程需要耐心和细致的调整，以确保电子束准确地通过样品。
5. 选择合适的倍数和放大率根据需要观察的样品特性，选择合适的倍数和放大率。
透射电子显微镜通常具有多个倍数和放大率可以选择，以满足不同的观察需求。
6. 调整对焦和亮度通过调整透射电子显微镜的对焦调节手轮，使得样品图像清晰可见。
同时，可以通过调节透射电子显微镜的亮度调节手轮，使图像亮度适宜。
7. 记录图像通过透射电子显微镜的检测器记录图像。
透射电子显微镜(材料分析方法)
第九章透射电子显微镜一、透射电子显微镜的结构与成像原理透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。
它由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。
电子光学系统通常称为镜筒，是透射电子显微镜的核心，它与光路原理与透射光学显微镜十分相似，如图1（书上图9-1）所示。
它分为三部分，即照明系统、成像系统和观察记录系统。
图1 透射显微镜构造原理和光路（a）透射电子显微镜b）透射光学显微镜）（1、照明源2、阳极3、光阑4、聚光镜5、样品6、物镜7、物镜光阑8、选区光阑9、中间镜10、投影镜11、荧光屏或照相底片）（一）照明系统照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。
其作用是提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。
为满足明场和暗场成像需要、照明束可在2°～3°范围内倾斜。
电子枪是电镜的照明源，必须有很高的亮度，高分辨率要求电子枪的高压要高度稳定，以减小色差的影响。
1、电子枪电子枪是透射电子显微镜的电子源，是发射电子的照明源。
常用的是热阴极三极电子枪，它由发夹形钨丝阴极、栅极帽和阳极组成，如图2（书上图9-2）所示。
（发射电子的阴极灯丝通常用0.03～0.1mm的钨丝，做成“V”形。
电子枪的第二个电极是栅极，它可以控制电子束形状和发射强度。
故有称为控制极。
第三个极是阳极，它使阴极发射的电子获得较高的动能，形成定向高速的电子流。
阳极又称加速极，一般电镜的加速电压在35～300kV之间。
为了安全，使阳极接地，而阴极处于负的加速电位。
由于热阴极发射电子的电流密度随阴极温度变化而波动，阴极电压不稳定会影响加速电压的稳定度。
为了稳定电子束电流，减小电压的波动，在电镜中采用自偏压电子枪。
）图a为电子枪的自偏压回路，负的高压直接加在栅极上，而阴极和负高压之间因加上一个偏压电阻，使栅极和阴极之间有一个数百伏的电位差。
透射电子显微镜原理及结构课件
观察与记录系统
荧光屏
将投影镜输出的像投影在荧光屏 上，便于观察。
摄像机
将荧光屏上的图像拍摄下来，记录 并传输至计算机进行后续处理。
图像处理软件
对摄像机拍摄的图像进行数字化处 理，如调整亮度、对比度、色彩平 衡等，以便更好地观察和分析样品 结构。
04
透射电子显微镜的操作 与维护
透射电镜的操作步骤
衍射是指波遇到障碍物或孔洞时，会沿着障碍物边缘弯曲传播的现象。 在透射电子显微镜中，电子波的衍射使得电子能够散射并形成明暗相间 的斑点或条纹。
电子的干涉与衍射
当电子通过透镜系统时，会受到电场和磁场的作用，从而改 变它们的波函数。透镜系统的设计使得电子在到达样品时具 有相同的相位，从而形成干涉现象。干涉使得电子在样品上 散射并重新聚焦，形成明暗相间的图像。
放置样品
将需要观察的样品放置在电镜 的样品台上，确保样品稳定不 动。
调节亮度与对比度
根据观察的需要，适当调节电 镜的亮度与对比度旋钮，使图 像更加清晰。
打开电源
首先打开透射电镜的电源开关， 确保电源正常。
调整焦距
通过调节焦距旋钮，使电镜的 物镜逐渐接近样品，直到清晰 看到样品的图像。
观察与记录
观察并记录样品的图像，可以 通过电镜的摄像系统或记录仪 进行记录。
衍射是指电子在遇到样品时，会沿着样品的晶格结构散射。 散射的角度取决于样品的晶格常数和电子的波长。通过测量 衍射斑点的位置和强度，可以获得样品的晶体结构和相信息 。
透射电镜成像原理
透射电镜的成像原理是将电子束通过 样品，然后使用透镜系统将散射的电 子聚焦并成像在荧光屏幕上。由于电 子的波长比可见光的波长要短得多， 因此透射电镜能够获得比光学显微镜 更高的分辨率。
TEM电子显微镜工作原理详解
TEM电子显微镜工作原理详解TEM电子显微镜是一种高分辨率的分析仪器，能够在纳米尺度下观察材料的微观结构和成分，对于研究材料的性质和特性具有重要意义。
本文将详细介绍TEM电子显微镜的工作原理，包括透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜。
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）工作原理：透射电子显微镜主要由电子光源、透镜和探测器组成。
首先，电子光源发射高能电子束，这些电子从阴极发射出来，经过加速器获得较高的能量。
然后，电子束通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和密集。
接着，电子束通过物质样本，部分电子被样本吸收或散射，形成透射电子。
这些透射电子被接收器捕获和放大成像，形成TEM图像。
透射电子显微镜的工作原理是基于电子的波粒二象性。
电子是一种粒子同时也是一种波动，其波动性质使得它具备非常短的波长，远远小于可见光的波长。
这使得TEM能够观察到比传统光学显微镜更小的尺度。
另外，透射电子显微镜在工作中还需要考虑电子束的束流强度、对样本的破坏性和控制样本与探测器之间的距离等因素。
TEM电子显微镜通过透射电子成像方式观察样本，因此对样本的制备要求非常高。
样品需要制备成非常薄的切片，通常厚度在几十纳米到几百纳米之间，以保证电子可以穿透。
对于一些无法制备成切片的样品，可以利用离子切割或焦离子技术获得透明的样品。
此外，在观察样本时需要避免污染和氧化等现象。
扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope，STEM）工作原理：扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种变种，它在透射成像的基础上加入了扫描功能。
STEM可以实现高分辨率的成像，同时也可以进行能谱分析和电子衍射。
STEM电子显微镜工作原理类似于透射电子显微镜，但需要注意的是，STEM使用的电子束并不需要通过所有的样本区域。
电子束只需通过样本中的一个小区域，然后扫描整个样本，因此样本制备要求和透射电子显微镜相比较低。
透射电子显微镜基本结构及功能
透射电子显微镜部分结构及功能在光学显微镜下无法看清小于0.2µm 的细微结构，这些结构称为亚显微结构(s ubmicroscopic structures )或超微结构( ultramicroscopic structures ；ultrastructur es)。
要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。
1 932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜( transmission electron mi croscope ，TEM )，电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。
目前TEM的分辨力可达0.2nm。
电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。
另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。
这种切片需要用超薄切片机( ultramicrotome )制作。
电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成，如果细分的话：主体部分是电子透镜和显像记录系统，由置于真空中的电子枪、聚光镜、物样室、物镜、衍射镜、中间镜、投影镜、荧光屏和照相机。
电子显微镜是使用电子来展示物件的内部或表面的显微镜。
高速的电子的波长比可见光的波长短(波粒二象性)，而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的分辨率(约0.1纳米)远高于光学显微镜的分辨率(约200纳米)。
透射式显微镜的结构与原理透射式电子显微镜(TEM)与投射式光学显微镜的原理很相近，它们的光源、透镜虽不相同，但照放大和成像的方式却完全一致。
在实际情况下无论是光镜还是电镜，其内部结构都要比图示复杂得多，图中的聚光镜(con do nser lens )、物镜(object lens )和投影镜(projectio n lens )为光路中的主要透镜，实际制作中它们往往各是一组(多块透镜构成)，在设计电镜时为达到所需的放大率、减少畸变和降低像差，又常在投影镜之上增加一至两级中间镜( in temediate lens )。
透射电子显微镜的结构与功能
化学成分分析
01 通过能谱仪（EDS）等附件，对样品进行化学成 分分析。
02 可以检测样品中的元素组成、元素分布和含量。 03 对材料科学、生物学等领域的研究具有重要价值
。
动态过程观察
01
透射电子显微镜可以观察样品的动态过程，例如相变、化学 反应等。
02
通过拍摄连续的显微图像，观察样品在时间尺度上的变化。
中间镜
用于进一步放大实像或改 变成像性质。
投影镜
将最终的放大实像投射到 荧光屏或成像设备上。
真空系统
真空泵
维持透射电子显微镜内部的高真空环境，以减少电子束在空气中散射和吸收。
真空阀
压电源
为电子枪提供加速电压，使电子束具有足够的能量穿 过样品。
高成本
透射电子显微镜的制造成本较高，维 护和运行成本也相对较高。
06
CATALOGUE
透射电子显微镜的发展趋势与展望
高分辨技术
原子像分辨率
01
通过提高电子枪的亮度和像差矫正技术，实现原子级别的分辨
率，观察更细微的结构细节。
动态范围
02
提高成像系统的动态范围，以适应不同样品厚度的观察，更好
地展示样品的层次结构。
样品
样品是透射电子显微镜中的观察对象，通常为薄片或薄膜 。样品需要足够薄，以便让电子束穿透并观察到内部的细 节。
为了保证观察结果的准确性和可靠性，样品需要经过精心 制备和处理，如脱水、染色、切片等。同时，样品的稳定 性也至关重要，以确保在观察过程中不会发生形变或损坏 。
物镜
物镜是透射电子显微镜中的重要元件之一，它对电子束进行放大并传递给下级透 镜。物镜的放大倍数决定了显微镜的总放大倍数。
透射电子显微镜的 结构与功能
透射电子显微镜法
透射电子显微镜法透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种强大的工具，用于观察和研究各种材料的微观结构和组织。
本文将详细介绍透射电子显微镜法及其在科学研究和工业领域中的应用。
一、透射电子显微镜的原理与构成透射电子显微镜使用电子束而非光线，其原理基于电子的波粒二象性。
电子束通过针尖或者热丝发射出来，并通过电磁透镜系统进行聚焦。
经过样品之后的电子束被投射到荧光屏上，形成样品的投影图像。
透射电子显微镜主要由电子光源、透镜系统、样品台和检测系统等组成。
二、透射电子显微镜法的优势与应用透射电子显微镜法相对于光学显微镜和扫描电子显微镜具有以下优势：1. 高分辨率：透射电子显微镜可以实现亚纳米级的分辨率，使得研究者可以观察到更细微的结构和细节。
2. 高穿透性：透射电子显微镜可以穿透厚度达数百纳米的样品，揭示样品的内部结构和组成。
3. 高细节对比度：透射电子显微镜采用了染色技术，能够增加样品中相对的原子对比度，使得更多细节能够被观察到。
4. 全息电子显微镜：全息透射电子显微镜可以获得样品的三维信息，提供更全面的结构分析。
透射电子显微镜法广泛应用于材料科学、化学和生物学等领域。
以下是它的几个主要应用：1. 纳米材料研究：透射电子显微镜可以观察和分析纳米材料的形貌、晶体结构和缺陷等特征，对材料的性能研究具有重要意义。
2. 生物样品研究：透射电子显微镜可用于生物样品的观察和分析，例如观察细胞的内部结构和细节，研究生物分子的组装和功能等。
3. 界面和界面研究：透射电子显微镜可以揭示材料界面和界面的形貌、晶体结构以及化学成分等，对材料性能和反应机制的理解至关重要。
4. 材料缺陷和晶体缺陷研究：透射电子显微镜可以观察和分析材料和晶体的缺陷，例如位错、孪晶、晶格畸变等，从而提供改善材料性能的指导。
总结：透射电子显微镜法是一种重要的研究工具，它具有高分辨率、高穿透性、高细节对比度等优势。
透射电子显微镜的工作原理及标本制备
2）戊二醛（ C5H8O2）
优点： ⑴ 固定迅速，样品块可以大于1mm3 ⑵ 能保存糖元、蛋白质、核蛋白，核酸，尤其对微管，内质网等 固定效果最好，对细胞内结构有较强的亲和力 ⑶ 可长时间固定（<7天），适于野外取材 ⑷ 不易使酶失活，适于细胞化学研究 ⑸ 不挥发，但容易经皮肤吸收，对呼吸道粘膜有刺激性 戊二醛缺点： ⑴ 不保存脂肪 ⑵ 无电子染色作用 ⑶ 对缓冲液的要求严格
荧光屏和照相装置
聚光镜
a) 透射电子显微镜
b) 透射光学显微镜
照明系统
照明系统的作用主要是提供一束高亮度、 小孔径角、相干性好、束流稳定的照明源。
1. 电子枪
电子枪是透射电子显微镜的电子源。 常用的是热发射发叉式钨丝阴极电子枪，由发叉形
钨丝阴极、栅极和阳极组成。
2. 聚光镜
聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节
观察记录系统
观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。 观察室，内有一个荧光屏，在电子束的攻击下产生
荧光。操作者通过镜筒上的窗口便可观察到荧光屏 上的电子图像。在观察窗口前海装有一个光学放大 镜，常用它对图像进行聚焦。荧光屏下面放置感光 底片或玻璃底板，将荧光屏竖起即可曝光。
新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装
有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
在电子显微镜中，凡是电子运行的区域
都要求有尽可能高的真空度。
若镜筒中存在气体，会产生气体电离和放电
现象； 电子枪灯丝被氧化而烧断； 高速电子与气体分子碰撞而散射，降低成像 衬度及污染样品。 电子显微镜的真空度要求在10-4-10-6 Torr。
透射电镜的结构 透射电镜主要由电子光学系统、 真空系统和供电系统三部分组成。其 中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。
透射电子显微镜分析基础
透射电子显微镜分析基础透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)是一种高分辨率显微镜，用于观察和研究材料的超微结构。
它通过透射电子束穿透材料并在接收器上形成像，使得材料的原子尺度细节能够被精确观察。
下面是关于透射电子显微镜分析的基础知识。
1.TEM的工作原理透射电子显微镜基于电子在物质中的相互作用来实现成像。
电子束从电子枪中产生并且通过一系列透镜系统聚焦形成细致的聚焦点，然后穿过待观察的样品。
透过样品的电子束会发生散射、吸收和透射，其中透射的电子会被接收器捕获并形成图像。
2.TEM的分辨率3.透射电子显微镜的成像方式TEM有两种主要的成像方式：亮场和暗场成像。
亮场成像是通过选择透射的电子束来形成图像，适用于展示样品内部的形貌和微结构。
而暗场成像是通过选择散射的电子束来形成图像，适用于观察特殊缺陷或异质性结构。
4.透射电子显微镜的样品制备为了在TEM中观察样品，样品必须具备一定的条件。
首先，样品必须是非透明的，通常是以薄片的形式。
其次，样品必须具备足够的稳定性，以避免在电子束照射过程中发生损坏。
最后，样品表面需要进行特定的处理，以避免电荷积累或散射。
5.TEM的应用透射电子显微镜在多个领域有着广泛的应用，包括材料科学、纳米科技、生命科学等。
它可以用于观察和分析晶体的结构、薄膜的成分、纳米颗粒的形状等。
此外，TEM还可以用于研究生物分子的结构和功能，例如蛋白质和DNA的高分辨率成像。
6.TEM的限制和挑战虽然透射电子显微镜提供了高分辨率的成像能力，但它仍然面临一些限制和挑战。
首先，样品制备对于薄片的制备和特殊标记的选择需要高度技术和经验的支持。
其次，电子束照射会导致样品的辐照损伤，因此图像的解释需要谨慎处理。
此外，TEM的设备本身非常昂贵，维护和操作也需要专业的技能。
总之，透射电子显微镜是一种重要的材料科学工具，它可以提供材料的超高分辨率成像，从而更好地理解材料的微观结构和性质。
透射电子显微镜的结构与成像原理
透射电子显微镜的结构与成像原理
透射电子显微镜的结构与成像原理
透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，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。
There are four main components to a transmission electron microscope:
(1) an electron opTIcal column
(2) a vacuum system
(3) the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecTIng the beam and the high voltage generator for the electron source)
(4) software
电子光学系统（镜筒）（an electron opTIcal column）是其核心，它的光路图与透射光学显微镜相似，如图所示，包括：照明系统，成像系统，观察记录系统。
图2-1 投射显微电镜构造原理和光路
照明系统
组成：由电子枪、聚光镜（1、2级）和相应的平移对中、倾斜调节装置组。
透射电镜的结构原理与应用
透射电镜的结构原理与应用1. 介绍透射电镜是一种重要的科学仪器，广泛应用于物质结构表征、纳米级材料研究以及材料性能分析等领域。
本文将介绍透射电镜的基本结构原理和主要应用。
2. 结构原理透射电镜由以下几个主要组成部分构成：2.1 电子源透射电镜通过发射电子来照射样品，产生透射电子图像。
常用的电子源有热阴极电子枪和场发射电子枪。
2.2 透镜系统透镜系统用于聚焦电子束，使其尽可能细致地照射样品。
透镜系统由几个透镜组成，包括聚焦透镜和物镜透镜。
2.3 样品台样品台用于支撑和定位样品，通常由精细的机械组件构成，可以在不同角度下观察样品。
2.4 检测器检测器用于捕捉透射电子，并将其转化为图像或电子衍射图样。
常见的检测器包括二维探测器和散射探测器。
3. 应用领域3.1 材料科学透射电镜在材料科学领域中有着广泛的应用。
通过观察材料的微观结构，可以研究材料的晶体结构、晶格畸变以及材料的相变等。
同时，透射电镜还可以通过观察样品的元素分布和组分分析，来研究材料的化学成分。
3.2 纳米科学纳米科学是近年来快速发展的一个领域，透射电镜在纳米级材料研究中起到了重要的作用。
透射电镜可以观察纳米材料的尺寸、形貌以及内部结构。
通过控制纳米材料的合成和制备过程，可以实现对纳米结构的精确控制。
3.3 生物学在生物学领域，透射电镜被广泛应用于细胞学和分子生物学的研究。
透射电镜可以观察细胞的超微结构，如细胞核、质体和线粒体等。
通过观察生物样品的超微结构，可以深入了解生物体的功能和活动。
3.4 材料分析透射电镜还可以用于材料的结构和化学组成的分析。
通过透射电镜的高分辨率成像和电子衍射技术，可以对材料的微观结构进行定量分析。
同时，透射电镜还可以进行元素分析和晶体学分析等。
4. 总结透射电镜作为一种重要的科学仪器，在材料科学、纳米科学、生物学以及材料分析等领域发挥着重要作用。
通过了解透射电镜的结构原理和主要应用，可以更好地利用透射电镜进行科学研究和实验工作。
第二章透射电子显微镜ppt课件
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也
透射电子显微镜成像原理
∗
∗
∗
φg = F ∑ e
n
−2π iK⋅Rn
= F∑e
n
−2π isz ⋅ zn
写成积分形式
φg = F ∫ e
0
t
−2π is z ⋅ z
dz
ID = F
因为
2
s in ( π s z t ) 2 s in (π s z )
2
sz 很小，所以可写为
ID = F
2
sin
(π s z t ) 2 (π s z )
厚度均匀的单相多晶金属薄膜样品： 厚度均匀的单相多晶金属薄膜样品： 内有若干个晶粒，它们没有厚度差， 内有若干个晶粒，它们没有厚度差，同时又 足够的薄，以致可不考虑吸收效应， 足够的薄，以致可不考虑吸收效应，两者的 平均原子序数相同， 平均原子序数相同，唯一差别在于它们的晶 体位向不同。 体位向不同。
等倾干涉
（ t =常数， s 变化）
四、不完整晶体中衍衬像运动学理论 1、不完整晶体衍射强度公式
所谓不完成晶体是指在完整晶体中引入诸如位 错、层错、空位集聚引起的点阵崩塌、第二相和 晶粒边界等缺陷。 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。
双束动力学近似
运动学近似
运动学近似成立的条件 运动学近似成立的条件： 成立的条件
样品足够薄，入射电子受到多次散射的机会 减少到可以忽略的程度； 衍射处于足够偏离布拉格条件的位向，衍射 束强度远小于透射束强度
柱体近似模型
电子束由试样上表面A入射，在样品下表面P 点出射，透射束与衍射束相应的距离为：
四、不完整晶体中衍衬像运动学理论
处理畸变晶体方法：
透射电子显微镜实验报告
透射电子显微镜实验报告透射电子显微镜的基本结构及成像原理认知实验一、实验目的1.理解透射电子显微镜（TEM : transmission electron microscope）的成像原理。
2.观察透射电子显微镜基本部件的名称，了解其用途；二、实验仪器仪器：JEM-2100UHR 透射电子显微镜（JEOL）透射电子显微镜用高能电子束作为照明源。
利用从样品下表面透出的电子束来成像。
原理及结构与透射式光学显微镜一样。
世界第一台透射电子显微镜是德国人鲁斯卡1936年发明的。
他与发明扫描隧道显微镜的学者一起获得1982年的诺贝尔物理奖。
目前透射电子显微镜的生产厂家有日本的日立（HITACHI）、日本电子（JEOL）、美国FEI、德国LEO。
透射电子显微镜的功能：主要应用于材料的形貌、内部组织结构和晶体缺陷的观察；物相鉴定，包括晶胞参数的电子衍射测定；高分辨晶格和结构像观察；纳米微粒和微区的形态、大小及化学成分的点、线和面元素定性定量和分布分析。
样品要求为非磁性的稳定样品。
可观察的试样种类：复型样品，金属薄膜和粉末试样，玻璃薄膜和粉末试样，陶瓷薄膜和粉末试样。
三、实验内容（一）透射电镜成像原理透射电子显微镜电子光学系统的工作原理可以用普通光学成像原理进行描述，也就是：平行光照射到一个光栅或周期物样上时，将产生各级衍射，在透镜的后焦面上出现各级衍射分布，得到与光栅或周期物样结构密切相关的衍射谱；这些衍射又作为次级波源，产生的次级波在高斯像面上发生干涉叠加，得到光栅或周期物样倒立的实像。
图1示意地画出了平行光照射到光栅后，在衍射角为θ的方向发生的衍射以及透射光线的光路图。
如果没有透镜，则这些平行的衍射光和透射光将在无穷远处出现夫琅和费衍射花样，形成衍射斑D和透射斑T。
插入透镜的作用就是把无穷远处的夫琅和费衍射花样前移到透镜的后焦面上。
后焦面上的衍射斑（透射斑视为零级衍射斑）作为光源产生次波干涉，在透镜的像平面上出现一个倒立的实像。
透射电子显微镜的结构、原理和衍衬成像观察
透射电子显微镜的结构、原理和衍衬成像观察实验陈说之答禄夫天创作一、二、实验目的1、了解透射电子显微电镜的基本结构；2、熟悉透射电子显微镜的成像原理；3、了解基本把持步伐.二、实验内容1、了解透射电子显微镜的结构；2、了解电子显微镜面板上各个按钮的位置与作用；3、无试样时检测像散, 如存在则进行消像散处置；4、加装试样, 分别进行衍射把持、成像把持, 观察衍射花样和图像；5、进行明场、暗场和中心暗场把持, 分别观察明场像、暗场像和中心暗场像.三、实验设备和器材JEM-2100F型TEM透射电子显微镜四、实验原理（一）、透射电镜的基本结构透射电镜主要由电子光学系统、电源控制系统和真空系统三年夜部份组成, 其中电子光学系统为电镜的核心部份, 它包括照明系统、成像系统和观察记录系统组成.（1）照明系统照明系统主要由电子枪和聚光镜组成.电子枪就是发生稳定的电子束流的装置, 电子枪发射电子形成照明光源, 根据发生电子束的原理的分歧, 可分为热发射型和场发射型两种.图 1 热发射电子枪图2 场发射电子枪聚光镜是将电子枪发射的电子会聚成亮度高、相干性好、束流稳定的电子束照射样品.电镜一般都采纳双聚光镜系统.图3 双聚光镜的原理图（2）成像系统成像系统由物镜、中间镜和投影镜组成.物镜是成像系统中第一个电磁透镜, 强励磁短焦距（f=1~3mm）, 放年夜倍数Mo一般为100～300倍, 分辨率高的可达0.1nm左右.物镜的质量好坏直接影响到整过系统的成像质量.物镜未能分辨的结构细节, 中间镜和投影镜同样不能分辨, 它们只是将物镜的成像进一步放年夜而已.提高物镜分辨率是提高整个系统成像质量的关键.中间镜是电子束在成像系统中通过的第二个电磁透镜, 位于物镜和投影镜之间, 弱励磁长焦距(放置光栏需空间), 放年夜倍数Mi在0～20倍之间.投影镜是成像系统中最后一个电磁透镜, 强励磁短焦距, 其作用是将中间镜形成的像进一步放年夜, 并投影到荧光屏上.投影镜景深年夜, 即使中间镜的像发生移动, 也不会影响在荧光屏上获得清晰的图像.（3）观察记录系统观察记录系统主要由荧光屏和照相机构组成.荧光屏是在铝板上均匀喷涂荧光粉制得, 主要是在观察分析时使用, 当需要拍照时可将荧光屏翻转90, 让电子束在照相底片上感光数秒钟即可成像.荧光屏与感光底片相距有数厘米, 但由于投影镜的焦长很年夜, 这样的把持其实不影响成像质量, 所拍照片依旧清晰.整个电镜的光学系统均在真空中工作, 但电子枪、镜筒和照相室之间相互自力, 均设有电磁阀.可以独自抽真空.更换灯丝、清洗镜筒、照相把持时, 均可分别进行, 而不影响其他部份的真空状态.为了屏蔽镜体内可能发生的X射线, 观察窗由铅玻璃制成, 加速电压愈高, 配置的铅玻璃就愈厚.另外, 在超高压电子显微镜中, 由于观察窗的铅玻璃增厚, 直接从荧光屏观察微观细节比力困难, 此时可运用安排在照相室中的TV相机来完成, 曝光时间由图像的亮度自动确定.（二）、主要附件（1）样品倾斜装置（样品台）样品台是位于物镜的上下极靴之间承载样品的重要部件, 见图2, 并使样品在极靴孔内平移、倾斜、旋转, 以便找到合适的区域或位向, 进行有效观察和分析.（2）电子束的平移和倾斜装置电镜中是靠电磁偏转器来实现电子束的平移和倾斜的.图3为电磁偏转器的工作原理图, 电磁偏转器由上下两个偏置线圈组成, 通过调节线圈电流的年夜小和方向可改变电子束偏转的水平和方向.1、当上下偏置线圈的偏转角度相等, 但方向相反, 实现了电子束的平移.2、若上偏置线圈使电子束逆时针偏转θ角, 而下偏置线圈使之顺时针偏转βθ+角, 则电子束相对入射方向倾转β角, 此时入射点的位置坚持不变, 这可实现中心暗场把持.（3）消像散器（a）磁极分布（b）有像散时的电子束斑（c）无像散时的电子束斑图4 电磁式消像散器示意图及像散对电子束斑形状的影响像散是由于电磁透镜的磁场非旋转对称招致的, 直接影响透镜的分辨率, 为此, 在透镜的上下极靴之间装置消像散器, 就可基本消除像散.图 4 为电磁式消像散器的原理图及像散对电子束斑形状的影响.从图4b和4c可知未装消像散器时, 电子束斑为椭圆形, 加装消像散器后, 电子束斑为圆形, 基本上消除聚光镜的像散对电子束的影响.（4）光栏光栏是为挡失落发散电子, 保证电子束的相干性和电子束照射所选区域而设计的带孔小片.根据装置在电镜中的位置分歧, 光栏可分为聚光镜光栏、物镜光栏和中间镜光栏三种.聚光镜光栏的作用是限制电子束的照明孔径半角.在双聚光镜系统中通常位于第二聚光镜的后焦面上.聚光镜光栏的孔径一般为20～400mμ.物镜光栏位于物镜的后焦面上, 孔径一般为20～120mμ.其作用是：①减小孔径半角, 提高成像质量；②进行明场和暗场把持.中间镜光栏位于中间镜的物平面或物镜的像平面上, 让电子束通过光栏孔限定的区域, 对所选区域进行衍射分析.故中间镜光栏又称选区光栏.（三）、成像原理L¢－有效相机长度；K¢－有效相机常数.图 5 透射电镜电子衍射原理图由图5及右侧几何关系推导,得：R¢= K¢g但需注意的是式中的L¢其实不直接对应于样品至照相底片间的实际距离, 因为有效相机长度随着物镜、中间镜、投影镜的励磁电流改变而变动, 而样品究竟片间的距离却坚持不变, 但由于透镜的焦长年夜, 这其实不会妨碍电镜成清晰图像.因此, 实际上我们可不加区分K¢与K、L¢与L和R¢与R了, 并用K¢直接取代K.（a）成像把持（b）衍射把持图6 中间镜的成像把持与衍射把持（1）成像把持与衍射把持：调整励磁电流即改变中间镜的焦距, 从而改变中间镜物平面与物镜后焦面之间的相对位置.傍边间镜的物平面与物镜的像平面重合时, 投影屏上将呈现微区组织的形貌像, 这样的把持称为成像把持；傍边间镜的物平面与物镜的后焦面重合时, 投影屏上将呈现所选区域的衍射花样, 这样的把持称为衍射把持.（2）明场把持、暗场把持及中心暗场把持：是通过平移物镜光栏, 分别让透射束或衍射束通过所进行的把持.仅让透射束通过的把持称为明场把持, 所成的像为明场像, 见图7a；反之, 仅让某一衍射束通过的把持称为暗场把持, 所成的像为暗场像, 见图7b.通过调整偏置线圈, 使入射电子束倾斜2θB 角, 如图7c所示, 晶粒B中的(---l k h)晶面组完全满足衍射条件, 发生强烈衍射, 此时的衍射黑点移到了中心位置, 衍射束与透镜的中心轴重合, 孔径半角年夜年夜减小, 所成像比暗场像更加清晰, 成像质量获得明显改善.我们称这种成像把持为中心暗场把持, 所成像为中心暗场像.三种把持均是通过移植物镜光栏来完成的, 因此物镜光栏又称衬度光栏.需要指出的是, 进行暗场或中心暗场成像时, 采纳的是衍射束进行成像的, 其强度要低于透射束, 但其发生的衬度却比明场像高.五、实验步伐明暗场像是透射电镜最基本的技术方法, 以下仅对暗场像把持成像及其要点简述如下：1、明场像下寻找感兴趣的视场；2、拔出选区光栏围住所选的视场；3、按“衍射”按钮转入衍射把持方式, 取出物镜光栏, 此时荧光屏上显示选区内晶体发生的衍射花样；4、倾斜入射电子束方向, 使用于成像的衍射束与电镜光轴平行, 此时衍射黑点位于荧光屏的中心；5、拔出物镜光栏, 套住衍射黑点的中心黑点, 转入成像把持, 取出选区光栏, 此时荧光屏上的图像即为该衍射束形成的暗场像.六、成像观察（一）衍射把持单晶电子衍射花样多晶电子衍射花样（二）成像把持七、实验注意事项（1）严格按规范把持, 防止误把持；（2）保证高真空的要求（6⨯Pa）10.1-33（3）注意选区光栏的合理选择与应用.八、思考题（1）如何消除像散？答： 像散是由于形成透镜的磁场非旋转对称引起的.如极靴的内孔不圆、材质不均、上下分歧毛病中以及极靴孔被污染等原因, 造成了透镜磁场非旋转对称, 呈椭圆形.椭圆磁场的长轴和短轴方向对电子束的折射率纷歧致, 招致了电磁透镜形成远近两个焦点A 和B, 这样光轴上的物点P 经透镜成像后不是一个固定的像点, 而是在远近焦点间形成系列散焦斑.如下图所示：由此可见, 像散取决于磁场的椭圆度和孔径半角.因此我们可以通过配置对称磁场来校正椭圆度, 从而基本消除磁场.（2）比力暗场像与中心暗场像的衬度区别.答： 下面两图分别是暗场像与中心暗场像的原理图：暗场像 中心暗场像以A 晶粒的强度为布景, 则暗场像和中心暗场像的衍射衬度均为：但由于暗场像的衍射束偏离了中心光轴, 其孔径半径相对平行于中心光轴的电子束要年夜, 因而磁透镜的球差要年夜, 图像的清晰度不高, 成像质量低.而对中心暗场像, 则调整偏置线圈, 使入射电子束倾斜2B θ角, 晶粒B 中的(---l k h )晶面组完全满足衍射条件, 发生强烈衍射, 此时的衍射黑点移到了中心位置, 衍射束与透镜的中心轴重合, 孔径半角年夜年夜减小, 所成像比暗场像更加清晰, 成像质量获得明显改善. 创作时间：二零二一年六月三十日∞→≈-=∆Ahkl A B A B A I I I I I I I )(。
第十章 透射电镜的结构与成像原理
第十章透射电镜的结构与成像原理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。
下图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。
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。
下图是电子光学系统的框架图。
第一节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。
1.1 电子枪电子枪可分为热阴极电子枪和场发射电子枪。
热阴极电子枪的材料主要有钨丝(W)和六硼化镧(LaB6)而场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和Schottky场发射，Schottky场发射也归到热场发射。
场发射电子枪的材料必须是高强度材料，一般采用的是单晶钨，但现在有采用六硼化镧(LaB6)的趋势。
下一代场发射电子枪的材料极有可能是碳纳米管。
A、热阴级电子枪热电子枪由灯丝（阴极）、栅极帽、阳极组成。
常用灯丝为钨丝（如H-800)、LaB6(如JEM-3010)。
下图为热阴级电子枪的示意图。
其中左图是电子枪自偏压回路的示意图，右边是电子枪中等电压面的示意图。
下图是热阴级电子枪的实图，其中左边是钨灯丝电子枪，右边是六硼化镧电子枪。
钨灯丝电子枪的特点是价格便宜，对真空系统的要求不高，一般用比较老式的电镜中；而六硼化镧灯丝的性能要优于钨灯丝，在现在的电镜中，热阴级电子枪一般采用六硼化镧灯丝。
第三章(33)透射电镜的构造与工作原理) 透射电子显微分析
• 在物点（P点）发射的电子经过具有球差的透镜后，没有会 聚成为一个像点，而是会聚在一定范围的轴向距离上。在 该散距焦离斑范。围内存在一个直径为dS的最小模糊斑，称为最小
• 最小散焦斑在光轴上的位置是最佳聚焦点。最小散焦斑折 算到物平面后，相应的半径rS代表了电磁透镜球差的大小， r集S越孔小径，半表角明具电有磁以透下镜关的系球：差越小。rS与球差系数CS和收
3.3透射电镜的构造与工作原理
组成：照明系统，成像系统，显像和记录系统， 真空系统，供电系统。
照明系统由电子枪和聚光镜系统组成，其功能是 为成像系统提供一束平行的、相干的、并且亮度大 尺寸小的电子束。
成像系统由物镜系统、中间镜（投影镜）系统组 成。对于不同性能的电镜，中间镜和投影镜的数量 不同。
显像和记录系统由荧光屏和照相装置组成。
rC
CC
E E
（3-52）
• 式中 CC——透镜色差系数，随磁场 强度增加而减小；
——孔径半角；
E——电子束能量分布；
E/E——电子束相对能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变化率。
• 电子束能量的分布取决于两个方面：
➢ 一是由加速电压不稳定引起的照明电子束的能量 波动；
➢ 二是电子束与试样的非弹性作用导致一部分能量 的损失，电子能量损失的程度与电子散射次数有 关。一般试样越厚，电子非弹性散射的几率越大， 由电子能量损失导致的能量波动越大，色散也越 严重。
非均匀磁场的短磁透镜
• 透射电子显微镜实际使用 的是具有轴对称非均匀磁 场的短磁透镜。
• 短磁透镜通常是由圆柱壳 子、短线圈和极靴组件三 个部分组成。圆柱壳子由 软磁材料做成，内有环形 间隙。短线圈由铜做成， 装在软磁壳子里。极靴组 件由具有同轴圆孔的上下 极靴和连接筒组成，套在 软磁壳内环形间隙两端。 当铜线圈通电时，在极靴 圆孔内产生一个非均匀的 轴对称磁场。见图3-14。
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透射电子显微镜的结构、原理和衍衬成像观察实验报告
一、实验目的
1、了解透射电子显微电镜的基本结构；
2、熟悉透射电子显微镜的成像原理；
3、了解基本操作步骤。
二、实验内容
1、了解透射电子显微镜的结构；
2、了解电子显微镜面板上各个按钮的位置与作用；
3、无试样时检测像散，如存在则进行消像散处理；
4、加装试样，分别进行衍射操作、成像操作，观察衍射花样和图像；
5、进行明场、暗场和中心暗场操作，分别观察明场像、暗场像和中心暗场像。
三、实验设备和器材
JEM-2100F型TEM透射电子
显微镜
四、实验原理
（一）、透射电镜的基本结构
透射电镜主要由电子光学系统、电源控制系统和真空系统三大部分组成，其中电子光学系统为电镜的核心部分，它包括照明系统、成像系统和观察记录系统组成。
（1）照明系统
照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。
电子枪就是产生稳定的电子束流的装置，电子枪发射电子形成照明光源，根据产生电子束的原理的不同，可分为热发射型和场发射型两种。
图1 热发射电子枪图2 场发射电子枪
聚光镜是将电子枪发射的电子会聚成亮度高、相干性好、束流稳定的电子束照射样品。
电镜一般都采用双聚光镜系统。
图3 双聚光镜的原理图
（2）成像系统
成像系统由物镜、中间镜和投影镜组成。
物镜是成像系统中第一个电磁透镜，强励磁短焦距（f=1~3mm），放大倍数Mo一般为100～300倍，分辨率高的可达0.1nm左右。
物镜的质量好坏直接影响到整过系统的成像质量。
物镜未能分辨的结构细节，中间镜和投影镜同样不能分辨，它们只是将物镜的成像进一步放大而已。
提高物镜分辨率是提高整个系统成像质量的关键。
中间镜是电子束在成像系统中通过的第二个电磁透镜，位于物镜和投影镜之间，弱励磁长焦距(放置光栏需空间)，放大倍数Mi在0～20倍之间。
投影镜是成像系统中最后一个电磁透镜，强励磁短焦距，其作用是将中间镜形成的像进一步放大，并投影到荧光屏上。
投影镜景深大，即使中间镜的像发生移动，也不会影响在荧光屏上得到清晰的图像。
（3）观察记录系统
观察记录系统主要由荧光屏和照相机构组成。
荧光屏是在铝板上均匀喷涂荧光粉制得，主要是在观察分析时使用，当需要拍照时可将荧光屏翻转90，让电子束在照相底片上感光数秒钟即可成像。
荧光屏与感光底片相距有数厘米，但由于投影镜的焦长很大，这样的操作并不影响成像质量，所拍照片依旧清晰。
整个电镜的光学系统均在真空中工作，但电子枪、镜筒和照相室之间相互独立，均设有电磁阀。
可以单独抽真空。
更换灯丝、清洗镜筒、照相操作时，均可分别进行，而不影响其他部分的真空状态。
为了屏蔽镜体内可能产生的X射线，观察窗由铅玻璃制成，加速电压愈高，配置的铅玻璃就愈厚。
此外，在超高压电子显微镜中，由于观察窗的铅玻璃增厚，直接从荧光屏观察微观细节比较困难，此时可运用安置在照相室中的TV相机来完成，曝光时间由图像的亮度自动确定。
（二）、主要附件
（1）样品倾斜装置（样品台）
样品台是位于物镜的上下极靴之间
承载样品的重要部件，见图2，并使样
品在极靴孔内平移、倾斜、旋转，以便
找到合适的区域或位向，进行有效观察
和分析。
（2）电子束的平移和倾斜装置
电镜中是靠电磁偏转器来实现电子束的平移和倾斜的。
图3为电磁偏转器的工作原理图，电磁偏转器由上下两个偏
置线圈组成，通过调节线圈电流的大小
和方向可改变电子束偏转的程度和方
向。
1、当上下偏置线圈的偏转角度相等，
但方向相反，实现了电子束的平移。
2、若上偏置线圈使电子束逆时针偏转θ角，而下偏置线圈使之顺时针偏转θ+角，则电子束相对于入射方向倾转β角，此时入射点的位置保持不变，这β
可实现中心暗场操作。
（3）消像散器
（a）磁极分布（b）有像散时的电子束斑（c）无像散时的电子束斑图4 电磁式消像散器示意图及像散对电子束斑形状的影响像散是由于电磁透镜的磁场非旋转对称导致的，直接影响透镜的分辨率，为此，在透镜的上下极靴之间安装消像散器，就可基本消除像散。
图4 为电磁式消像散器的原理图及像散对电子束斑形状的影响。
从图4b和4c可知未装消像散器时，电子束斑为椭圆形，加装消像散器后，电子束斑为圆形，基本上消除了聚光镜的像散对电子束的影响。
（4）光栏
光栏是为挡掉发散电子，保证电子束的相干性和电子束照射所选区域而设计的带孔小片。
根据安装在电镜中的位置不同，光栏可分为聚光镜光栏、物镜光栏和中间镜光栏三种。
聚光镜光栏的作用是限制电子束的照明孔径半角。
在双聚光镜系统中通常位于第二聚光镜的后焦面上。
聚光镜光栏的孔径一般为20～400mμ。
物镜光栏位于物镜的后焦面上，孔径一般为20～120mμ。
其作用是：①减小孔径半角，提高成像质量；②进行明场和暗场操作。
中间镜光栏位于中间镜的物平面或物镜的像平面上，让电子束通过光栏孔限定的区域，对所选区域进行衍射分析。
故中间镜光栏又称选区光栏。
（三）、成像原理
L'－有效相机长度；
K'－有效相机常数。
图5 透射电镜电子衍射原理图
由图5及右侧几何关系推导，得：R'= K'g
但需注意的是式中的L'并不直接对应于样品至照相底片间的实际距离，因为有效相机长度随着物镜、中间镜、投影镜的励磁电流改变而变化，而样品到底片间的距离却保持不变，但由于透镜的焦长大，这并不会妨碍电镜成清晰图像。
因此，实际上我们可不加区分K'与K、L'与L和R'与R了，并用K'直接取代K。
（a）成像操作（b）衍射操作
图6 中间镜的成像操作与衍射操作
（1）成像操作与衍射操作：
调整励磁电流即改变中间镜的焦距，从而改变中间镜物平面与物镜后焦面之间的相对位置。
当中间镜的物平面与物镜的像平面重合时，投影屏上将出现微区组织的形貌像，这样的操作称为成像操作；当中间镜的物平面与物镜的后焦面重合时，投影屏上将出现所选区域的衍射花样，这样的操作称为衍射操作。
（2）明场操作、暗场操作及中心暗场操作：
是通过平移物镜光栏，分别让透射束或衍射束通过所进行的操作。
仅让透射束通过的操作称为明场操作，所成的像为明场像，见图7a；反之，仅让某一衍射束通过的操作称为暗场操作，所成的像为暗场像，见图7b。
通过调整偏置线圈，使入射电子束倾斜2
θ角，如图7c所示，晶粒B中的(---l k h)晶面组完全满
B
足衍射条件，产生强烈衍射，此时的衍射斑点移到了中心位置，衍射束与透镜的中心轴重合，孔径半角大大减小，所成像比暗场像更加清晰，成像质量得到明显改善。
我们称这种成像操作为中心暗场操作，所成像为中心暗场像。
三种操作均是通过移动物镜光栏来完成的，因此物镜光栏又称衬度光栏。
需要指出的是，进行暗场或中心暗场成像时，采用的是衍射束进行成像的，其强度要低于透射束，但其产生的衬度却比明场像高。
五、实验步骤
明暗场像是透射电镜最基本的技术方法，以下仅对暗场像操作成像及其要点简述如下：
1、明场像下寻找感兴趣的视场；
2、插入选区光栏围住所选的视场；
3、按“衍射”按钮转入衍射操作方式，取出物镜光栏，此时荧光屏上显示选区内晶体产生的衍射花样；
4、倾斜入射电子束方向，使用于成像的衍射束与电镜光轴平行，此时衍射斑点位于荧光屏的中心；
5、插入物镜光栏，套住衍射斑点的中心斑点，转入成像操作，取出选区光栏，此时荧光屏上的图像即为该衍射束形成的暗场像。
六、成像观察
（一）衍射操作
单晶电子衍射花样多晶电子衍射花样
（二）成像操作
七、实验注意事项
（1）严格按规范操作，避免误操作；
（2）保证高真空的要求（6
⨯Pa）
.1-
10
33
（3）注意选区光栏的合理选择与应用。
八、思考题
（1）如何消除像散？
答：像散是由于形成透镜的磁场非旋转对称引起的。
如极靴的内孔不圆、材质不均、上下不对中以及极靴孔被污染等原因，造成了透镜磁场非旋转对称，呈椭圆形。
椭圆磁场的长轴和短轴方向对电子束的折射率不一致，导致了电磁透镜形成远近两个焦点A和B，这样光轴上的物点P经透镜成像后不是一个固定的像点，而是在远近焦点间形成系列散焦斑。
如下图所示：
由此可见，像散取决于磁场的椭圆度和孔径半角。
因此我们可以通过配置对称磁场来校正椭圆度，从而基本消除磁场。
（2）比较暗场像与中心暗场像的衬度区别。
答：下面两图分别是暗场像与中心暗场像的原理图：
暗场像中心暗场像
以A 晶粒的强度为背景，则暗场像和中心暗场像的衍射衬度均为：
但由于暗场像的衍射束偏离了中心光轴，其孔径半径相对于平行于中心光轴的电子束要大，因而磁透镜的球差要大，图像的清晰度不高，成像质量低。
而对于中心暗场像，则调整偏置线圈，使入射电子束倾斜2B θ角，晶粒B 中的(-
--l k h )晶面组完全满足衍射条件，产生强烈衍射，此时的衍射斑点移到了中心位置，衍射束与透镜的中心轴重合，孔径半角大大减小，所成像比暗场像更加清晰，成像质量得到明显改善。
∞→≈-=∆A
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