实验透射电镜的结构原理及应用
透射电镜的工作原理
透射电镜的工作原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察样品的微观结构的高分辨率显微镜。
与光学显微镜不同，透射电镜使用的是电子而不是可见光来照射样品，因此能够获得比光学显微镜更高的分辨率。
透射电镜的工作原理涉及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面，下面将详细介绍透射电镜的工作原理。
1. 电子的产生。
透射电镜使用的是电子束来照射样品，因此首先需要产生电子。
电子产生的常用方法是热发射和场发射。
热发射是利用热能使金属表面的电子逃逸而产生电子，而场发射则是利用电场使电子从金属表面逃逸。
在透射电镜中，通常使用的是热发射电子源，即利用钨丝或钨钢合金丝受热后发射电子。
2. 电子的聚焦。
产生的电子束需要经过一系列的聚焦系统，使其成为一个细小的束流，以便能够准确地照射到样品上。
透射电镜的聚焦系统通常包括电子透镜和磁透镜。
电子透镜利用电场来聚焦电子束，而磁透镜则利用磁场来聚焦电子束。
通过合理设计和调节，可以使电子束聚焦到非常小的尺寸，从而获得高分辨率的成像能力。
3. 电子的透射。
经过聚焦系统聚焦后的电子束将照射到样品上，这时的电子束被称为透射电子束。
透射电子束穿过样品时，会与样品中的原子和分子发生相互作用，产生散射和吸收。
透射电镜通过检测透射电子束的变化来获取样品的结构信息。
4. 成像。
透射电镜的成像原理是利用透射电子束与样品相互作用后产生的信号来获取样品的结构信息。
透射电镜通常采用透射电子显微镜来观察样品。
透射电子显微镜通过探测透射电子束的强度和位置来获得样品的结构信息，然后将这些信息转换成图像显示出来。
5. 检测。
透射电镜的检测系统通常包括电子探测器和图像处理系统。
电子探测器用于探测透射电子束的强度和位置，然后将这些信息传输给图像处理系统。
图像处理系统将探测到的信息转换成图像，并进行增强和处理，最终显示在显示屏上供用户观察。
总结来说，透射电镜的工作原理涉及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面。
透射电镜实验报告
透射电镜实验报告透射电子显微镜透射电子显微镜简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。
通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2µm、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。
成像原理透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。
样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。
早期的透射电子显微镜都是基于这种原理。
衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射钵的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。
相位像：当样品薄至100Å以下时，电子可以传过样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。
组件电子枪：发射电子，由阴极、栅极、阳极组成。
阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速、加压的作用。
聚光镜：将电子束聚集，可用已控制照明强度和孔径角。
样品室：放置待观察的样品，并装有倾转台，用以改变试样的角度，还有装配加热、冷却等设备。
物镜：为放大率很高的短距透镜，作用是放大电子像。
物镜是决定透射电子显微镜分辨能力和成像质量的关键。
中间镜：为可变倍的弱透镜，作用是对电子像进行二次放大。
通过调节中间镜的电流，可选择物体的像或电子衍射图来进行放大。
透射镜：为高倍的强透镜，用来放大中间像后在荧光屏上成像。
此外还有二级真空泵来对样品室抽真空、照相装置用以记录影像。
透射电子显微镜结构包括两大部分：主体部分为照明系统、成像系统和观察照相室；辅助部分为真空系统和电气系统。
透射电镜的简单原理
透射电镜的简单原理
透射电镜是一种用于观察材料内部结构的显微镜。
其简单原理如下：
1. 电子源：透射电镜使用电子束来照射样品。
电子源通常是一个发射电子的热阴极，例如钨丝。
2. 准直系统：电子束从电子源发射出来后，通过准直系统进行调整，以保持电子束的直线性质和平行性。
准直系统通常包括透镜和磁铁等。
3. 照射样品：经过准直系统调整后的电子束照射到待观察的样品上。
样品可以是薄片或厚块，这取决于所需的观察深度。
4. 样品交叉点：经过样品的电子束会与样品内部原子或分子相互作用。
这些相互作用会导致一部分电子束被散射、吸收或透射。
5. 过滤器：透射电镜使用不同的过滤器来选择散射、吸收和透射电子束。
通过调整过滤器，可以选择只让透射电子束通过。
6. 探测器：透过样品的透射电子束最终到达探测器，例如荧光屏或CCD。
探测器记录下电子束的位置和强度。
7. 数据处理：通过采集和处理探测器的数据，可以形成一个关于样品内部结构的电子图像。
透射电镜的原理包括产生平行且高能的电子束、调整电子束与样品之间的相对位置、选择透射电子束并记录下来。
通过这些原理，透射电镜可以产生高分辨率的样品内部结构图像。
透射电镜的原理
透射电镜的原理
透射电镜是一种常用的电子显微镜技术，用于观察和研究物质的微观结构。
其原理基于电子的波粒二象性和物质对电子的散射效应。
透射电镜的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 电子源：透射电镜使用的电子源一般为热阴极或冷阴极。
电子发射后，通过加速电压和电子透镜系统，使电子获得足够的能量和聚焦程度。
2. 样品：待观察的样品被制备成非晶态或薄片状，并放置在样品台上。
样品的厚度通常在纳米到亚微米级别，以保证电子的穿透性。
3. 散射：通过透射电镜的电子束，电子与样品内的原子或分子发生相互作用。
根据样品的组成和结构，电子会被散射并改变方向。
4. 对比度增强：经过样品后，电子束进入投影镜筒。
在此过程中，通过调节投影镜筒中的电子透镜，可以调整电子束的聚焦度和强度。
5. 形成显影：电子束通过样品后，穿过投影镜筒的屏幕或探测器。
探测器接收到散射电子并转化为电子信号，经过放大和处理后，形成最终的图像。
透射电镜的原理是基于电子的波性和散射现象，利用电子的穿透性观察物质的微观结构。
通过控制电子束的聚焦度和强度，结合样品的散射特性，透射电镜可以提供高分辨率和高对比度的图像，用于研究各种材料的微观结构和性质。
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。
透射电镜的原理和应用
透射电镜的原理和应用透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种使用电子束来对物质进行成像和分析的先进仪器。
相对于光学显微镜，透射电镜的分辨率更高，可以观察到更小尺寸的物体和更细微的细节。
下文将详细介绍透射电镜的原理和应用。
一、原理透射电镜的工作原理基于电子的波粒二象性。
当高速电子束穿过薄样品时，电子与样品原子发生散射或透射，这些散射和透射电子可以通过其中一种方式被聚焦后投射到屏幕上形成影像。
透射电镜的主要组成部分包括电子源、电子透镜系统、样品台、检测器和成像系统。
2.电子透镜系统：透射电镜中使用的电子透镜系统包括凸透镜、凹透镜和电磁透镜等，用于聚焦和控制电子束的路径。
3.样品台：样品台用于固定和支持待观察的样品。
在样品台上放置薄到几十纳米的切片样品，以便电子束能够透过。
4.检测器：透射电镜中常用的检测器包括透射电子探测器（TED）、散射电子探测器（SED）和能量散射光谱仪（EDS）等。
TED用于接收透射电子并产生明亮的影像，SED用于检测和分析散射电子的信息，EDS用于分析样品中的元素组成。
5.成像系统：透射电镜的成像系统包括投影屏幕、摄像机和电子显微图像处理设备。
通过调整电子透镜系统，可以将电子束上的信息转换成实时图像并显示在投影屏幕上。
二、应用透射电镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有广泛的应用。
以下是透射电镜的几个主要应用。
1.结构表征：透射电镜可以用于观察材料的结构和形貌。
它能够提供高分辨率的图像，揭示物质的晶体结构、晶体缺陷、晶界和相界等微观结构信息。
2.成分分析：透射电镜结合能量散射光谱仪（EDS）可以分析样品中元素的组成。
EDS通过测量样品上散射电子的能量，确定样品中元素的成分和含量。
3.纳米材料研究：透射电镜可以研究和制备纳米尺寸的材料。
通过观察和测量纳米材料的形貌、尺寸和结构，可以了解纳米材料的特性和性能，并指导纳米材料的设计和合成。
透射电镜的成像原理及应用
透射电镜的成像原理及应用1. 引言透射电镜是一种使用电子束来成像的仪器。
它的原理是利用电子束通过样品的透射来形成图像，并通过对电子束的探测和处理来获得样品的详细信息。
透射电镜在材料科学、生物学和物理学等领域中有广泛的应用。
2. 成像原理透射电镜的成像原理基于电子的波粒二象性，即电子既具备粒子特性又具备波动特性。
在透射电镜中，电子从电子枪中发射出来，经过加速和聚焦，形成一束射线。
这束射线通过样品后，与样品中原子和电子相互作用，发生散射和透射现象。
电子的散射会导致图像的模糊和失真，因此透射电镜通常使用薄样品来减小散射效应。
在样品的背面或透射电镜的显微镜中，放置有一个焦平面衍射器。
这个衍射器可以将透射电子的波动性转化为干涉和衍射现象，从而产生有关样品的结构信息。
这些信息通过探测器进行收集，然后通过图像处理算法生成成像结果。
3. 应用领域透射电镜在材料科学、生物学和物理学等领域有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用领域：3.1 材料科学透射电镜在材料科学中的应用主要用于研究材料的微观结构和性能。
通过透射电镜，可以观察和分析材料中的晶体结构、晶界、缺陷和纳米结构等。
这些信息对于材料的设计、开发和性能优化非常重要。
3.2 生物学透射电镜在生物学中的应用主要用于研究生物样品的内部结构和功能。
通过透射电镜，可以观察和分析细胞器、蛋白质和核酸等生物分子的结构。
透射电镜还可以用于研究病原体、病毒和细菌等微生物的形态和生命周期。
3.3 物理学透射电镜在物理学领域中的应用涵盖了多个子领域。
在凝聚态物理学中，透射电镜可用于研究材料的电子结构、能带和费米面等特性。
在量子力学领域，透射电镜可用于研究电子的量子行为，如量子隧穿、波函数干涉和波粒二象性等。
3.4 其他领域透射电镜还在化学、地球科学和纳米技术等领域中有应用。
在化学中，透射电镜可用于研究化学反应的过程和产物。
在地球科学中，透射电镜可用于分析地质样品的矿物组成和结构。
透射电镜的结构原理及应用
透射电镜的结构原理及应用1. 介绍透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种基于电子束传输与样品交互作用的高分辨率显微镜。
透射电镜通过在样品上透射的电子束来形成图像，因此可以观察到原子尺度的细节。
本文将介绍透射电镜的结构原理以及其应用领域。
2. 结构原理透射电子显微镜的基本结构由以下几个主要组件组成：2.1 电子源透射电子显微镜使用高速电子束来照射样品。
电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极发射高能电子。
电子源生成的电子束必须具有高度的单色性和准直性。
2.2 准直系统准直系统用于控制电子束的方向和准直度，确保电子束可以尽可能准直地照射到样品上。
准直系统通常包括准直光阑和采购透镜。
2.3 束流衰减系统束流衰减系统用于控制电子束的强度，以适应不同的样品特性和实验需求。
束流衰减系统包括限制光阑、透镜和衰减器等组件。
2.4 对焦系统对焦系统用于控制电子束的焦距，以确保电子束能够聚焦在样品表面或其内部的特定区域。
对焦系统包括透镜和聚焦光阑。
2.5 样品台和检测系统样品台是放置样品的平台，通常具有三维移动的能力，以便于调整样品的位置和观察区域。
检测系统用于检测透射电子束与样品交互后的信号，并将其转化为图像。
3. 应用领域透射电子显微镜在各个科学领域中具有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：3.1 材料科学透射电子显微镜可以观察和分析材料的微观结构、晶格缺陷、晶体取向等特征。
它被广泛应用于纳米材料、催化剂、半导体器件等领域。
3.2 生物学透射电子显微镜在生物学研究中发挥着重要作用，可以观察和研究生物细胞、组织和病毒等微观结构。
它被用于研究生物分子的结构、功能和相互作用。
3.3 纳米技术透射电子显微镜对于纳米技术的研究和开发非常关键。
它能够观察和控制纳米材料和纳米结构，有助于纳米器件的设计和制造。
3.4 地球科学透射电子显微镜在地质和地球科学中也具有重要的应用价值。
- 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、"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、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)。
实验透射电镜的结构原理及应用
一、目的要求
1．结合透射电镜实物，介绍其基本结构和工作原理，以加深对透射电镜的了解。
2．学习衍射图谱的分析步骤。
3．学习操作透射电镜，获得的明暗场像
二、透射电镜的基本结构
透射电子显微镜是以波长很短的电子束做照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领，高放大倍数的电子光学仪器。
透射电镜由电子光学系统、真空系统及电源与控制系统三部分组成。
电子光学系统是透射电子显微镜的核心，而其他两个系统为电子光学系统顺利工作提供支持。
2.1 电子光学系统
电子光学系统通常称镜筒，是透射电子显微镜的核心，由于工作原理相同，在光路结构上电子显微镜与光学显微镜有很大的相似之处。
只不过在电子显微镜中，用高能电子束代替可见光源，以电磁透镜代替光学透镜，获得了更高的分辨率(图9-6)电子光学系统分为三部分，即照明部分、成像部分和观察记录部分。
照明部分的作用是提供亮度高、相干性好、束流稳定的照明电子束。
它主要由发射并使电子加速的电子枪、会聚电子束的聚光镜和电子束平移、倾斜调节装置组成。
成像部分主要由物镜、中间镜，投影镜及物镜光阑和选区光阑组成。
穿过试样的透射电子束在物镜后焦面成衍射花样，在物镜像面成放大的组织像，并经过中间镜、投影镜的接力放大，获得最终
的图像。
观察记录部分由荧光屏及照像机组成。
试样图像经过透镜多次放大后，在荧光屏上
显示出高倍放大的像。
如需照像，掀起荧光屏，使像机中底片曝光，底片在荧光屏之下，由
于透射电子显微镜的焦长很大，虽然荧光屏和底片之间有数厘米的间距，但仍能得到清晰的
图像。
2.2 真空系统
电子光学系统的工作过程要求在真空条件下进行，这是因为在充气条件下会发生以下情
况：栅极与阳极间的空气分子电离，导致高电位差的两极之间放电；炽热灯丝迅速氧化，无
法正常工作；电子与空气分子碰撞，影响成像质量；试样易于氧化，产生失真。
目前一般电镜的真空度为10-5托左右。
真空泵组经常由机械泵和扩散泵两级串联成。
为
了进一步提高真空度，可采用分子泵、离子泵，真空度可达到10-8托或更高。
2.3 电源与控制系统
供电系统主要用于提供两部分电源：一是电子枪加速电子用的小电流高压电源；一是透
镜激磁用的大电流低压电源。
一个稳定的电源对透射电镜非常重要，对电源的要求为：最大
透镜电流和高压的波动引起的分辨率下降要小于物镜的极限分辨本领。
三、透射电镜的工作原理
透射电子显微镜是依照阿贝成像原理工作的，即：平行入射波受到有周期性特征物体的
散射作用在物镜的后焦面上形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的
特征的像。
因此根据阿贝成像原理，在电磁透镜的后焦面上可以获得晶体的衍射谱，故透射
电子显微镜可以做物相分析；在物镜的像面上形成反映样品特征的形貌像，故透射电镜可以
做组织分析。
四、衍射花样标定
以已知晶体结构，定晶面取向的标定为例，基本程序如下：
1）测量距离中心斑点最近的三个衍射斑点到中心斑点的距离R；
2）测量所选衍射斑点之间的夹角φ；
3）根据公式λL Rd =，将测得的距离换算成面间距d；
4）因为晶体结构是已知的，将求得的d值与该物质的面间距表（如PDF卡片）相对照，
得出每个斑点的晶面族指数；
}{HKL 5)决定离中心斑点最近衍射斑点的指数。
若R1最短，则相应斑点的指数可以取等价晶
面中的任意一个；
}{111L K H )(111L K H 6)决定第二个斑点的指数。
第二个斑点的指数不能任选，因为它和第一个斑点间的夹角必须符合夹角公式。
对立方晶系来说，两者的夹角可用下式(9.6)求得
)()(cos 22222221212
12
12121L K H L K H L L K K H H ++++++=φ (9.6)
在决定第二个斑点指数时，应进行所谓尝试校核，即只有代人夹角公式后
)(222L K H
求出的φ角和实测的一致时，指数才是正确的，否则必须重新尝试。
应该指出的
是晶面族可供选择的特定 值往往不止一个，因此第二个斑点的指数
也带有一定的任意性；
)(222L K H }{222L K H )(222L K H 7)决定了两个斑点，其它斑点可以根据矢量运算法则求得；
)()()(222111333L K H L K H L K H +=
8)根据晶带定理，求晶带轴的指数，即零层倒易截面法线的方向。
222111][L K H L K H g g UVW ×=
其中
1221L K L K U −=
1221H L H L V −=
1221K H K H W −=
五、衍射衬度及明暗场像
衍射衬度的形成。
(a)明场像(b)中心暗场像
衍射衬度是由晶体满足布拉格反射条件程度不同而形成的衍射强度差异。
设想晶体薄
膜里有两个晶粒A和B，它们之间的唯一的差别在于它们的晶体学位向不同，其中A晶粒内的
所有晶面组与入射束不成布拉格角，强度为的入射束穿过试样时，A晶粒不产生衍射，透
射束强度等于入射束强度，即，而B晶粒的某（hkl）晶面组恰好与入射方向成精确
的布拉格角, 而其余的晶面均与衍射条件存在较大的偏差，即B晶粒的位向满足“双光束条
0I 0I I A =
件”。
此时，（hkl）晶面产生衍射，衍射束强度为，如果假定对于足够薄的样品，入射电子受到的吸收效应可不予考虑，且在所谓“双光束条件”下忽略所有其他较弱的衍射束，则强度为的入射电子束在B晶粒区域内经过散射之后，将成为强度为的衍射束和强度为的透射束两个部分。
如果让透射束进入物镜光阑，而将衍射束挡掉，在荧光屏上，A晶粒比B晶粒亮，就得到明场象。
如果把物镜光阑孔套住（hkl）衍射斑，而把透射束挡掉，则B晶粒比A晶粒亮，就得到暗场像。
hkl I 0I hkl I hklL I I −
晶体衍射衬度的明场像(a) 和暗场像(b)
五、思考题
l. 透射电子显微镜和光学显微镜结构上有何异同？
2．为什么明场像和暗场像的衬度存在互补性？
六、实验报告要求
1. 简述透射电镜的结构和工作原理。
2. 已知纯镍的结构为面心立方(fcc)，晶格常数a=0.3523nm，相机常数为1.12mm ⋅nm，根据
衍射花样确定晶面指数和晶体取向。
单晶镍的电子衍射花样。