透射电子显微镜介绍
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不能荷电； 5、样品及其周围应非常清洁，不能带进外来物，以保证图像的质量和真实性。
对于材料研究用的TEM试样大致有三种类型： 经悬浮分散的超细粉末颗粒。 用一定方法减薄的材料薄膜。 用复型方法将材料表面或断口形貌复制下来的复型膜。
对支持膜的要求：
➢ 要有相当好的机械强度，耐高能电子轰击； ➢ 应在高倍下不显示自身组织，本身颗粒度要小，以提高样品分辨率； ➢ 有较好的化学稳定性、导电性和导热性。
二、透射电子显微成像
使用透射电镜观察材料的组织、结构，需具备以下两个前提： 一是制备适合TEM观察的试样，厚度100-200nm，甚至更薄； 二是建立电子图像衬度理论 像衬度是指电子像图上不同区域间光强度的差别。 透射电镜的像衬度来源于样品对入射电子束的散射。可分为：
衍射衬度：晶体薄膜试样显微图像 质厚衬度 ：非晶态试样图像
形貌+结构 空心结构
四、透射电镜得到的信息
晶格条纹+电子衍射
（1）量取两个晶面晶面之间的距离 （2）与标准卡片去比对，选择合适的面
四、透射电镜得到的信息
线扫 Line Scan 面扫 Mapping
EDS元素分析
四、透射电镜得到的信息
总
一般成像 模式
明场像 （BF） 暗场像 （DF）
微观形貌，厚度差异，尺寸大小 取向，分布，结构缺陷
在明场像情况下，原子序数较高或样品较厚的 区域在荧光屏上显示较暗的区域。在暗场像情 况下，与明场像相反。
质量厚度衬度：对于无定形或非晶体试样，电子图像的衬度是由于试样各 部分的密度ρ和厚度t不同形成的，简称质厚衬度。
成像的影响因素
➢ 电子数目越多，散射越厉害，透射电子就越少，从而图像就越暗 ➢ 样品厚度、原子序数、密度对衬度也有影响，一般有下列关系：
粉末样品制备
关键：将超细粉的颗粒分散开来，各自独立而不团聚
A、用超声波分散器将需观察的粉末在溶液(不与粉末发生作用 的)中分散成悬浮液。 B、用滴管滴几滴悬浮液在覆盖有碳加强火棉胶支持膜的电镜 铜网上。 C、待其干燥(或用滤纸吸干)后，即成为电镜观察用的粉末样品。
四、透射电镜得到的信息
零维结构:纳米团簇、纳米颗粒、量子点
2、主要性能指标
TEM主要性能指标有：分辨率、放大倍数、加速电压
（1）分辨率 分辨率是透射电镜的最主要性能指标 表征TEM显示亚显微组织、结构细节的能力 透射电镜的分辨率以两种指标表示： 点分辨率：TEM所能分辨的二个点之间的最小距离 线分辨率：TEM所能分辨的二条线之间的最小距离
2、主要性能指标
形貌+结构
Si quantum dot
Ag-Pt Core-shell nanopartical
Si
四、透射电镜得到的信息
形貌+结构
一维结构：纳米线、纳米管、纳米棒
Au@Ga线
碳纳米管
四、透射电镜得到的信息
形貌+结构
二维结构：纳米片、纳米带、超晶格、纳米薄膜等
石墨烯
二硫化钼
四、透射电镜得到的信息 三维结构：纳米花等
为何使用电子束作为光源？
显微镜的理论分辨能力：
0.61 sin
波长越短能够分辨出的最小距离越小，分辨率越高
可见光 电子束
X-射线
380～780nm 100kV: 0.0037 nm 200kV: 0.00251 nm
4kV: 0.3 nm 12kV: 0.1 nm
肉眼：
~0.1-0.2mm
光学显微镜： ~200nm
★电子穿透样品的厚度与电子的能量有关： 100kV---100nm； 200kV---200nm； ★高分辨原子像要求的样品厚度应在10nm以下，甚至5nm以下
原始样品形态
➢多种形态：大块状材料、细小颗粒、粉末、纤维状材料、薄片等 ➢根据不同的材料，不同的要求，采取不同的制样方法
最终样品形态
➢样品台放样品的空间一般为：直径3mm（少数为2.3mm），高约0.3mm。 ➢样品必须制成直径3mm，中心厚度100nm-200nm。
200kV场发射透射电子显微镜
▪技术参数
1.点分辨率：0.19nm 2.线分辨率：0.14nm 3.加速电压：120, 160, 200kV 4.倾斜角：25 5.STEM分辨率：0.20nm
型号：JEM-2100F 产地：日本
一、透射电镜结构组成与原理
照
光学成像系统
明 部
分
照明部分：聚焦电子束
透射电子显微镜介绍
什么是透射电子显微镜？
Transmission Electron Microscope
显微镜(Microscope):
观察微观世界的仪器
电子(Electron):
电子束光源 区别于(可见光)光学显微镜
透射(Transmission):
透过样品，获得的是三维空间投影至二维平面的投影像
扫描电子显微镜：~0.5-2nm
透射电子显微镜：~50pm-0.2nm
透射电子显微镜特点
透射电子显微镜：TEM Transmission Electron Microscope 光学显微镜：OM optical microscopy
TEM与OM的相似性与不同 相似性：成像原理类似 不同点： （1）OM以可见光作照明束；TEM以电子束为照明束。 （2）在OM中，将可见光聚焦成像的是玻璃透镜；
大
的衍射花样或与试样组织相对应的显微象。
系
TEM分辨率的高低主要取决于物镜
统
短焦距、高放大倍数、低像差的强磁透镜
（1）光学成像系统
C、图像观察记录部分
观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。 作用：用来观察和拍摄经成像和放大的电子图像。
D、样品台
电镜样品小而薄，通常用外径 3mm的样品铜网支持，网孔或方或 圆，网孔约0.075mm。
结
高分辨像 （HREM）
原子尺度精细结构，畸变缺陷
： 所 能
衍射 模式
电子衍射 (SADF) 会聚束衍射(CBD) 纳米束衍射(NBD）
相组成，结构，缺陷 晶体对称性，晶胞参数，厚度 纳米尺度的结构与成分
获
扫描透射 （STEM） 原子级结构分析
得 的
STEM 模式
环形暗场 （HAADF） 原子序数衬度，也叫Z-衬度
样品台作用：承载放有试样的铜网，放入电镜室中对样品进行观察。
（2）真空系统
电子显微镜镜筒必须具有很高的真空度 如果电子枪中存在气体，会使气体电离和放电； 炽热的阴极灯丝会受到氧化或腐蚀而烧断； 高速电子受到气体分子的随机散射而降低成像衬度 以及污染样品。
（3）电气系统
电气系统主要包括三部分
灯丝电源和高压电源：电子枪产生稳定的高能照明电子束； 各磁透镜的稳压稳流电源：各磁透镜具有高的稳定度 电气控制电路：控制真空系统、电气合轴、自动聚焦、自动照 相等。
理 图
（1）光学成像系统
A、照明部分
作用：提供亮度高、照明孔径角小、束流稳定的照明电子束。
组成：电子枪和聚光镜
阴极（接负高压）
照 明
控制极
部
阳极
分
电子束
示
聚光镜
意
图
试样
电子枪
灯丝
电子枪是电镜的电子源。其作用是发射并加 速电子，并会聚成交叉点。 电子枪组成：阴极、阳极、控制栅极
I. 阴极：又称灯丝，一般是由钨丝作成V或Y形状。 II. 阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都是阳
极接地，阴极带有负高压。 III. 控制栅极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象的
亮度。
聚光镜 I. 聚光镜为磁透镜 II.作用：增强电子束密度
和再一次将发散的电子 会聚起来的作用。
（1）光学成像系统
B、成像放大系统
成像放大系统由物镜、(1-2个)中间镜和(1-
2个)投影镜组成
成
物镜
像
放
作用：将电子束转化为含有试样结构信息
大块样品切片方法
➢电火花切割 ➢金刚刀锯切片 ➢金刚石线锯
对TEM样品的一般要求：
1、样品需置于直径为2－3mm的铜制载网上，网上附有支持膜； 2、样品必须很薄，使电子束能够穿透，一般厚度为100nm左右； 3、样品应是固体，且样品不能含有水分和其它易挥发物以及酸碱等有害物质； 4、样品需有良好的化学稳定性及强度，在电子轰击下不分解、损坏或变化，也
成
成像放大系统
像 放
大
图像观察记录部分
系
统
真空系统
图像
观察
电气系统
记录 部分
电子与物质的交互作用
SEM
电子束
SEM
EDS TEM/SEM
化学组成
TEM/HREM/STEM
微、纳米及原子尺度的形貌，粒径， 晶体结构和缺陷结构
EELS TEM 成分，价态，化学键
1、透射电镜工作原理
透
照明源：聚焦电子束 试样：对电子束透明的样品成像 信号：透射电子
（1）电子枪产生的电子束经聚光透镜会聚 均匀照射在试样某待观察微小区域上，因
射 电 子 显 微
试样很薄，大部分电子穿透试样，其强度
镜
分布与所观察试样区的形貌、组织、结构 一一对应。 （2）透射出的电子经三极磁透镜放大在荧
光 路
光屏上，荧光屏将其转变为人眼可见的光
原
强分布，于是在荧光屏上就显出与试样形 貌、组织、结构相对应的图像。
a．样品越厚，图像越暗； b．原于序数越大，图像越暗； c．密度越大，图像越暗 其中，密度的影响最重要，当样品的组成中原子序数差别不大时，样 品排列紧密程度的差别是其反差的主要来源。
三、透射电镜试样制备电镜样品制 Nhomakorabea的特点：
➢电镜样品制备属于破坏性分析。 ➢花费时间很多，有时甚至超过整个研究工作量的一半以上。
信 息
谱学
能量损失谱（EELS） 获得成分与价态的信息
模式
X-RAY能谱 （EDS）
成分定性及半定量分析
负责管理其他仪器
X射线断层成像仪 场发射透射电子显微镜
化学吸附仪(2台)
IGA智能重量吸附仪 热重/差热同步分析仪
谢谢大家！
在TEM中，相应的为磁聚焦的电子透镜（磁透镜）。 （3）TEM的像分辨本领高，同时兼有结构分析的功能。
透射电子显微镜/显微分析
透射电子显微镜是一种高分辨、高放大倍数 的显微镜。它用聚焦电子束作为照明源，使用 对电子束透明的试祥(几十到几百nm)，以透射 电子为成像信号。 利用透射电子显微镜可以观察和分析材料的 尺寸、形貌、晶格相、结构等
（2）放大倍数
透射电镜的放大倍数是指电子图象对于所观察试样区的线性放大率。 最高放大倍数表示电镜的放大极限。实际工作中，一般都是在低于最高放大倍数下观 察，以得到清晰的图像。 高级TEM采用多级成像放大系统，最大放大倍数可达 80-150万倍
（3）加速电压
电镜的加速电压指电子枪的阳极相对于阴极的电压 决定电子枪发射的电子的波长和能量。 加速电压高可观察较厚的试样。对材料研究工作选200KV加速电压的TEM更合适。
对于材料研究用的TEM试样大致有三种类型： 经悬浮分散的超细粉末颗粒。 用一定方法减薄的材料薄膜。 用复型方法将材料表面或断口形貌复制下来的复型膜。
对支持膜的要求：
➢ 要有相当好的机械强度，耐高能电子轰击； ➢ 应在高倍下不显示自身组织，本身颗粒度要小，以提高样品分辨率； ➢ 有较好的化学稳定性、导电性和导热性。
二、透射电子显微成像
使用透射电镜观察材料的组织、结构，需具备以下两个前提： 一是制备适合TEM观察的试样，厚度100-200nm，甚至更薄； 二是建立电子图像衬度理论 像衬度是指电子像图上不同区域间光强度的差别。 透射电镜的像衬度来源于样品对入射电子束的散射。可分为：
衍射衬度：晶体薄膜试样显微图像 质厚衬度 ：非晶态试样图像
形貌+结构 空心结构
四、透射电镜得到的信息
晶格条纹+电子衍射
（1）量取两个晶面晶面之间的距离 （2）与标准卡片去比对，选择合适的面
四、透射电镜得到的信息
线扫 Line Scan 面扫 Mapping
EDS元素分析
四、透射电镜得到的信息
总
一般成像 模式
明场像 （BF） 暗场像 （DF）
微观形貌，厚度差异，尺寸大小 取向，分布，结构缺陷
在明场像情况下，原子序数较高或样品较厚的 区域在荧光屏上显示较暗的区域。在暗场像情 况下，与明场像相反。
质量厚度衬度：对于无定形或非晶体试样，电子图像的衬度是由于试样各 部分的密度ρ和厚度t不同形成的，简称质厚衬度。
成像的影响因素
➢ 电子数目越多，散射越厉害，透射电子就越少，从而图像就越暗 ➢ 样品厚度、原子序数、密度对衬度也有影响，一般有下列关系：
粉末样品制备
关键：将超细粉的颗粒分散开来，各自独立而不团聚
A、用超声波分散器将需观察的粉末在溶液(不与粉末发生作用 的)中分散成悬浮液。 B、用滴管滴几滴悬浮液在覆盖有碳加强火棉胶支持膜的电镜 铜网上。 C、待其干燥(或用滤纸吸干)后，即成为电镜观察用的粉末样品。
四、透射电镜得到的信息
零维结构:纳米团簇、纳米颗粒、量子点
2、主要性能指标
TEM主要性能指标有：分辨率、放大倍数、加速电压
（1）分辨率 分辨率是透射电镜的最主要性能指标 表征TEM显示亚显微组织、结构细节的能力 透射电镜的分辨率以两种指标表示： 点分辨率：TEM所能分辨的二个点之间的最小距离 线分辨率：TEM所能分辨的二条线之间的最小距离
2、主要性能指标
形貌+结构
Si quantum dot
Ag-Pt Core-shell nanopartical
Si
四、透射电镜得到的信息
形貌+结构
一维结构：纳米线、纳米管、纳米棒
Au@Ga线
碳纳米管
四、透射电镜得到的信息
形貌+结构
二维结构：纳米片、纳米带、超晶格、纳米薄膜等
石墨烯
二硫化钼
四、透射电镜得到的信息 三维结构：纳米花等
为何使用电子束作为光源？
显微镜的理论分辨能力：
0.61 sin
波长越短能够分辨出的最小距离越小，分辨率越高
可见光 电子束
X-射线
380～780nm 100kV: 0.0037 nm 200kV: 0.00251 nm
4kV: 0.3 nm 12kV: 0.1 nm
肉眼：
~0.1-0.2mm
光学显微镜： ~200nm
★电子穿透样品的厚度与电子的能量有关： 100kV---100nm； 200kV---200nm； ★高分辨原子像要求的样品厚度应在10nm以下，甚至5nm以下
原始样品形态
➢多种形态：大块状材料、细小颗粒、粉末、纤维状材料、薄片等 ➢根据不同的材料，不同的要求，采取不同的制样方法
最终样品形态
➢样品台放样品的空间一般为：直径3mm（少数为2.3mm），高约0.3mm。 ➢样品必须制成直径3mm，中心厚度100nm-200nm。
200kV场发射透射电子显微镜
▪技术参数
1.点分辨率：0.19nm 2.线分辨率：0.14nm 3.加速电压：120, 160, 200kV 4.倾斜角：25 5.STEM分辨率：0.20nm
型号：JEM-2100F 产地：日本
一、透射电镜结构组成与原理
照
光学成像系统
明 部
分
照明部分：聚焦电子束
透射电子显微镜介绍
什么是透射电子显微镜？
Transmission Electron Microscope
显微镜(Microscope):
观察微观世界的仪器
电子(Electron):
电子束光源 区别于(可见光)光学显微镜
透射(Transmission):
透过样品，获得的是三维空间投影至二维平面的投影像
扫描电子显微镜：~0.5-2nm
透射电子显微镜：~50pm-0.2nm
透射电子显微镜特点
透射电子显微镜：TEM Transmission Electron Microscope 光学显微镜：OM optical microscopy
TEM与OM的相似性与不同 相似性：成像原理类似 不同点： （1）OM以可见光作照明束；TEM以电子束为照明束。 （2）在OM中，将可见光聚焦成像的是玻璃透镜；
大
的衍射花样或与试样组织相对应的显微象。
系
TEM分辨率的高低主要取决于物镜
统
短焦距、高放大倍数、低像差的强磁透镜
（1）光学成像系统
C、图像观察记录部分
观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。 作用：用来观察和拍摄经成像和放大的电子图像。
D、样品台
电镜样品小而薄，通常用外径 3mm的样品铜网支持，网孔或方或 圆，网孔约0.075mm。
结
高分辨像 （HREM）
原子尺度精细结构，畸变缺陷
： 所 能
衍射 模式
电子衍射 (SADF) 会聚束衍射(CBD) 纳米束衍射(NBD）
相组成，结构，缺陷 晶体对称性，晶胞参数，厚度 纳米尺度的结构与成分
获
扫描透射 （STEM） 原子级结构分析
得 的
STEM 模式
环形暗场 （HAADF） 原子序数衬度，也叫Z-衬度
样品台作用：承载放有试样的铜网，放入电镜室中对样品进行观察。
（2）真空系统
电子显微镜镜筒必须具有很高的真空度 如果电子枪中存在气体，会使气体电离和放电； 炽热的阴极灯丝会受到氧化或腐蚀而烧断； 高速电子受到气体分子的随机散射而降低成像衬度 以及污染样品。
（3）电气系统
电气系统主要包括三部分
灯丝电源和高压电源：电子枪产生稳定的高能照明电子束； 各磁透镜的稳压稳流电源：各磁透镜具有高的稳定度 电气控制电路：控制真空系统、电气合轴、自动聚焦、自动照 相等。
理 图
（1）光学成像系统
A、照明部分
作用：提供亮度高、照明孔径角小、束流稳定的照明电子束。
组成：电子枪和聚光镜
阴极（接负高压）
照 明
控制极
部
阳极
分
电子束
示
聚光镜
意
图
试样
电子枪
灯丝
电子枪是电镜的电子源。其作用是发射并加 速电子，并会聚成交叉点。 电子枪组成：阴极、阳极、控制栅极
I. 阴极：又称灯丝，一般是由钨丝作成V或Y形状。 II. 阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都是阳
极接地，阴极带有负高压。 III. 控制栅极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象的
亮度。
聚光镜 I. 聚光镜为磁透镜 II.作用：增强电子束密度
和再一次将发散的电子 会聚起来的作用。
（1）光学成像系统
B、成像放大系统
成像放大系统由物镜、(1-2个)中间镜和(1-
2个)投影镜组成
成
物镜
像
放
作用：将电子束转化为含有试样结构信息
大块样品切片方法
➢电火花切割 ➢金刚刀锯切片 ➢金刚石线锯
对TEM样品的一般要求：
1、样品需置于直径为2－3mm的铜制载网上，网上附有支持膜； 2、样品必须很薄，使电子束能够穿透，一般厚度为100nm左右； 3、样品应是固体，且样品不能含有水分和其它易挥发物以及酸碱等有害物质； 4、样品需有良好的化学稳定性及强度，在电子轰击下不分解、损坏或变化，也
成
成像放大系统
像 放
大
图像观察记录部分
系
统
真空系统
图像
观察
电气系统
记录 部分
电子与物质的交互作用
SEM
电子束
SEM
EDS TEM/SEM
化学组成
TEM/HREM/STEM
微、纳米及原子尺度的形貌，粒径， 晶体结构和缺陷结构
EELS TEM 成分，价态，化学键
1、透射电镜工作原理
透
照明源：聚焦电子束 试样：对电子束透明的样品成像 信号：透射电子
（1）电子枪产生的电子束经聚光透镜会聚 均匀照射在试样某待观察微小区域上，因
射 电 子 显 微
试样很薄，大部分电子穿透试样，其强度
镜
分布与所观察试样区的形貌、组织、结构 一一对应。 （2）透射出的电子经三极磁透镜放大在荧
光 路
光屏上，荧光屏将其转变为人眼可见的光
原
强分布，于是在荧光屏上就显出与试样形 貌、组织、结构相对应的图像。
a．样品越厚，图像越暗； b．原于序数越大，图像越暗； c．密度越大，图像越暗 其中，密度的影响最重要，当样品的组成中原子序数差别不大时，样 品排列紧密程度的差别是其反差的主要来源。
三、透射电镜试样制备电镜样品制 Nhomakorabea的特点：
➢电镜样品制备属于破坏性分析。 ➢花费时间很多，有时甚至超过整个研究工作量的一半以上。
信 息
谱学
能量损失谱（EELS） 获得成分与价态的信息
模式
X-RAY能谱 （EDS）
成分定性及半定量分析
负责管理其他仪器
X射线断层成像仪 场发射透射电子显微镜
化学吸附仪(2台)
IGA智能重量吸附仪 热重/差热同步分析仪
谢谢大家！
在TEM中，相应的为磁聚焦的电子透镜（磁透镜）。 （3）TEM的像分辨本领高，同时兼有结构分析的功能。
透射电子显微镜/显微分析
透射电子显微镜是一种高分辨、高放大倍数 的显微镜。它用聚焦电子束作为照明源，使用 对电子束透明的试祥(几十到几百nm)，以透射 电子为成像信号。 利用透射电子显微镜可以观察和分析材料的 尺寸、形貌、晶格相、结构等
（2）放大倍数
透射电镜的放大倍数是指电子图象对于所观察试样区的线性放大率。 最高放大倍数表示电镜的放大极限。实际工作中，一般都是在低于最高放大倍数下观 察，以得到清晰的图像。 高级TEM采用多级成像放大系统，最大放大倍数可达 80-150万倍
（3）加速电压
电镜的加速电压指电子枪的阳极相对于阴极的电压 决定电子枪发射的电子的波长和能量。 加速电压高可观察较厚的试样。对材料研究工作选200KV加速电压的TEM更合适。