2透射电镜成像分析
透射电镜成像原理
透射电镜成像原理
透射电镜是一种常用的电子显微镜，用于观察和研究材料中的微观结构。
它利用电子的波粒二象性，通过透射原子层的电子来形成显微图像，具有比光学显微镜更高的分辨率。
透射电镜的成像原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 电子发射：透射电镜使用热阴极或冷阴极发射出高速电子，这些电子被加速到高能状态。
2. 透射样品：加速的电子通过一个非常薄的样品片，如薄片状的金属、陶瓷或生物组织。
样品必须具有高度透射性，以允许电子通过。
3. 散射与透射：入射电子束在样品中发生散射和透射两种现象。
散射是指电子与样品中的原子或电子相互作用，改变其运动方向，而透射是指电子穿过样品的现象。
4. 透射电子形成图像：透射电镜使用透射电子成像器件，如方形磁透镜或电磁透镜，将透射电子聚焦在屏幕或感光材料上。
根据电子的能量和散射情况，屏幕上形成亮暗不同的区域，形成图像。
透射电镜成像原理的关键在于控制电子束的发射和透射过程，以及透射电子的成像聚焦和检测。
通过调整透射电子的能量、电磁透镜的设置和样品的准备，可以获得高分辨率的电子显微图像，揭示材料的微观结构和性质。
透射电镜的成像原理
透射电镜的成像原理
透射电镜是一种能够观察物质内部微观结构的重要仪器，它的成像原理主要基于电子的波粒二象性和电磁场的作用。
透射电镜的成像原理包括电子源的发射、电子束的聚焦、样品的透射和信号的检测等过程，下面将逐一介绍。
首先，透射电镜的成像原理涉及到电子源的发射。
通常，透射电镜使用热阴极或场发射阴极作为电子源。
当电子源受到加热或电场激励时，会发射出能量较高的电子，这些电子被聚焦后形成电子束。
其次，电子束的聚焦是透射电镜成像原理的关键步骤。
在透射电镜中，电子束需要经过一系列的透镜系统进行聚焦，以便在样品上形成细小的探针。
这些透镜系统包括凸透镜、凹透镜和磁透镜等，它们能够使电子束的发散度减小，从而提高成像的分辨率。
然后，样品的透射是透射电镜成像原理的另一个重要环节。
在电子束经过聚焦后，需要穿过待观察的样品。
样品与电子束的相互作用会产生透射、散射和吸收等现象，其中透射电子被收集并用于成像。
最后，透射电镜的成像原理还包括信号的检测。
透射电镜通过检测透射电子的强度和位置来获取样品的显微图像。
检测器通常包括荧光屏、CCD相机或光电倍增管等，它们能够将透射电子转换为可见的光信号或电信号。
综上所述，透射电镜的成像原理涉及到电子源的发射、电子束的聚焦、样品的透射和信号的检测等过程。
通过这些步骤，透射电镜能够实现对物质内部微观结构的高分辨率成像，为科学研究和工程应用提供了重要的技术手段。
透射电镜成像原理
透射电镜成像原理透射电镜是一种利用电子束来成像的高分辨率显微镜，其成像原理主要基于电子的波粒二象性和透射电子的特性。
透射电镜成像原理的理解对于正确操作和解释透射电镜成像结果具有重要意义。
首先，透射电镜成像的基本原理是利用电子束通过样品后的透射来形成影像。
电子束由电子枪产生，经过透镜的聚焦和定位后，射向样品。
样品中的原子核和电子会对电子束产生散射和吸收，形成不同的透射强度。
透射电子被收集并转换成电子信号，最终形成样品的影像。
其次，透射电镜成像原理涉及到电子的波粒二象性。
根据德布罗意关系，电子具有波动性，其波长与动量呈反比关系。
因此，透射电镜成像的分辨率受到电子波长的限制，通常采用加速电压提高电子的动能，从而减小电子的波长，提高成像分辨率。
另外，透射电镜成像原理还涉及到透射电子的特性。
由于电子具有负电荷，其在物质中的相互作用主要包括库仑散射和弹性散射。
这些散射过程会影响电子束的透射强度和方向，从而影响成像结果。
因此，在透射电镜成像过程中，需要考虑样品的厚度、成分和结构等因素，以及透射电子与样品之间的相互作用。
最后，透射电镜成像原理还涉及到透射电镜的成像系统和信号处理。
透射电镜成像系统包括电子光学系统、样品台、检测器和成像设备等部分，通过这些部分协同工作，可以获取样品的高分辨率影像。
同时，透射电镜成像信号需要经过放大、处理和显示等步骤，以便对样品进行分析和观察。
综上所述，透射电镜成像原理是基于电子的波粒二象性和透射电子的特性，利用电子束通过样品后的透射来形成影像。
正确理解透射电镜成像原理对于准确操作和解释透射电镜成像结果具有重要意义。
透射电镜成像原理的深入理解有助于提高透射电镜的成像分辨率和质量，为科学研究和工程应用提供有力支持。
第五章-2 透射电镜样品制备
1.复型样品制备
• 所谓复型，就是把样品表面形貌复制出来，其原理与侦破 所谓复型，就是把样品表面形貌复制出来， 案件时用石膏复制罪犯鞋底花纹相似。 案件时用石膏复制罪犯鞋底花纹相似。 • 复型法实际上是一种间接或部分间接的分析方法，因为通 复型法实际上是一种间接或部分间接的分析方法， 过复型制备出来的样品是真实样品表面行貌组织结构细节 的薄膜复制品。 的薄膜复制品。 • 使用这种方法主要是早期透射电子显微镜的制造水平有限 和制样水平不高，难以对实际样品进行直接观察分析。 和制样水平不高，难以对实际样品进行直接观察分析。 • 近年来扫描电镜显微镜分析技术和金属薄膜技术发展很快， 近年来扫描电镜显微镜分析技术和金属薄膜技术发展很快， 复型技术几乎为上述两种分析方法所代替。 复型技术几乎为上述两种分析方法所代替。 • 但是，用复型观察断口比扫描电镜的断口清晰以及复型金 但是， 相组织和光学金相组织之间的相似， 相组织和光学金相组织之间的相似，致使复型电镜分析技 术至今为人们所采用。 术至今为人们所采用。
第七章 透射电镜的样品制备 衍射衬度分析
7.1 透射电子显微镜样品制备
• 透射电子显微镜成像时，电子束是透过样 透射电子显微镜成像时， 品成像。由于电子束的穿透能力比较低， 品成像。由于电子束的穿透能力比较低， 用于透射电子显微镜分析的样品必须很薄。 用于透射电子显微镜分析的样品必须很薄。 根据样品的原子序数大小不同， 根据样品的原子序数大小不同，一般在 50～500nm之间 之间。 50～500nm之间。制备透射电子显微镜分析 样品的方法很多， 样品的方法很多，这里介绍几种常用的制 样方法。 样方法。
第二步骤是样品的预先减薄
• 预先减薄的方法有两种，即机械法和化学法。 预先减薄的方法有两种，即机械法和化学法。 • 机械减薄法是通过手工研磨来完成的，把切割好的薄片一 机械减薄法是通过手工研磨来完成的， 面用黏结剂粘接在样品座表面， 面用黏结剂粘接在样品座表面，然后在水砂纸上进行研磨 减薄。如果材料较硬，可减薄至70μm左右；若材料较软， 70μm左右 减薄。如果材料较硬，可减薄至70μm左右；若材料较软， 则减薄的最终厚度不能小于100μm 100μm。 则减薄的最终厚度不能小于100μm。 • 另一种减薄的方法是化学减薄法。这种方法是把切割好的 另一种减薄的方法是化学减薄法。 金属薄片放入配好的试剂中，使它表面受腐蚀而继续减薄。 金属薄片放入配好的试剂中，使它表面受腐蚀而继续减薄。 • 化学减薄的最大优点是表面没有机械硬化层，薄化后样品 化学减薄的最大优点是表面没有机械硬化层， 的厚度可以控制在20 50μm。 20的厚度可以控制在20-50μm。 • 但是，化学减薄时必须先把薄片表面充分清洗，去除游污 但是，化学减薄时必须先把薄片表面充分清洗， 或其他不洁物， 或其他不洁物，否则将得不到满意的结果
透射电镜成像分类
透射电镜的成像原理主要有三种类型，分别是吸收像、衍射像和相位像。
1. 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成像。
2. 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，从而使衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。
3. 相位像：当样品薄至100埃以下时，电子可以穿透样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变
化。
武汉理工大学 材料测试方法 透射电镜-2结构和成像和制样
透射电子显微镜 --- 基本结构
场发射高分辨透射电子显微镜
型 号：JEM-2100F STEM/EDS 生产国别、公司： 日本电子，JEOL ，2006.6购置, 670万
主要技术指标： TEM 分 辨 力：0.23nm（点），0.102nm(晶格)
STEM分 辨 力：0.20nm（晶格） 最小束斑尺寸：0.5nm
俄歇电子仅在表面 1nm 层内产生，适 用于 表面分析。
5、透射电子（transmisive electrons, TE)
当试样厚度小于入射电子的穿透深度时， 入射电子将穿透试样，从另一表面射出称为透 射电子。如果试样很薄，只有 10 – 20 nm 的 厚度，透射电子的 主要组成部分 是 弹性散 射电子，成像比较清晰，电子衍射斑点也比较 明锐。
的薄膜或粉末，视其分析内容进行样品制备。
透射电子显微镜 --- 基本结构
TEM是一种大型电子光学仪器。通常包括：
● 电子光学系统 ● 真空系统 ● 电器
电子光学系统
一 、 透 射 电 镜 的 主 要 结 构
一
、
工作过程：
透
① 枪发出电子束
射 电
②经会聚透镜会聚
镜
③照射在试样上并穿
的
过试样
主
④经物镜成象
要 结
⑤再经中间镜和投影 镜放大
构
⑥电子显微象(在荧光
屏或照相底片上)
一
会聚镜：
、 透
短焦距强磁透镜，
射
一般单聚光镜型：
电
镜50Å
主
要
双聚光镜型：
结
构
束斑几个μm,
分辨率几个Å~10Å
一
、
透
射
透射电镜分析2篇
透射电镜分析2篇透射电镜分析透射电镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种利用电子束穿透样品、形成高分辨率像的仪器。
透射电镜具有分辨率高、分析深度深等优点，广泛应用于材料科学、生物学、地质学等领域。
本文以钢材为例，介绍透射电镜分析的原理和应用。
一、透射电镜分析原理透射电镜主要由透镜系统、电子源、样品台以及检测器等组成。
电子源发射出高能电子，经过透镜系统聚焦后，穿过样品，并在检测器上生成像。
由于电子具有波粒二象性，与样品发生相互作用后，会引发散射、吸收等过程。
因此，透射电镜分析中，需要调节电子束的能量和入射角度，以及选择合适的检测器，以获取有效信息。
二、钢材透射电镜分析应用钢材是工业制造中普遍使用的材料。
透射电镜能够分析钢材的晶体构造、氧化物析出、退火过程、金相组织等，为钢材加工和使用提供技术依据。
1. 晶体构造分析钢材的性能与晶体构造密切相关，透射电镜能够分析钢材的晶体结构，揭示晶体缺陷、晶界和孪晶等信息，并提供优化加工工艺的依据。
例如，通过透射电镜可以观察到晶体缺陷的生成和扩展过程，阐明连接和交错位错的形成机制。
2. 氧化物析出分析在钢材生产过程中，氧化物析出是一个普遍存在的问题。
它会导致钢材的强度和耐蚀性下降。
透射电镜能够直接观察和分析钢材中氧化物的生长、分布和形态等，为加强防腐蚀表面处理提供基础信息。
3. 退火过程分析退火是钢材制备中一个重要的热处理过程。
透射电镜可用于观察不同温度、时间和冷却速率下钢材的相变行为和晶体结构演变过程，并为优化退火工艺提供指导意见。
4. 金相组织分析透射电镜配合金相显微技术，可以分析钢材的成分、晶体结构和相变等特征，并结合金相图给出合理的金相组织模型。
这为钢材制备和应用提供基础性研究信息。
三、结语透射电镜是一种高精度的分析仪器，广泛应用于材料、生物和化学等领域。
钢材作为重要的工业材料之一，透射电镜可以分析其结构、化学成分、晶体结构和相变过程等，并为钢铁制备的研究和工作提供了重要的技术基础。
实验二__透射电镜结构原理、样品制备及观察
实验二参观透射电子显微镜时间：2015年12月1日第一组：14:30-15:30 2013级金属材料工程专业一班第二组：15:30-16:30 2013级金属材料工程专业二班地点：材料科学与工程学院一楼TEM室讲解：龚伦军老师实验二透射电镜结构原理、样品制备及观察一、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．掌握材料薄膜样品的制备方法—双喷电解减薄法和离子薄化法。
3．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。
4. 通过选区电子衍射的实际操作演示，加深对选区电子衍射原理的了解。
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。
第二章第四节-2-透射电镜
材料研究与测试方法
Center for Materials Research and Analysis
离轴暗场像成像原理
中心暗场像成像原理
材料研究与测试方法
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材料研究与测试方法
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材料研究与测试方法
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材料研究与测试方法B
任课老师
材料研究与测试方法
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第四节 透射电子显微分析(I I)
1
2 2
TEM工作原理 电子像衬度
二、电子像衬度
1.电子像衬度（Contrast）:样品两相邻部分的 电子束强度差 I -I Δ I
C
1 2
I2
I2
2.电子像衬度种类：
–振幅衬度：样品不同区域散射能力差异而形成 的电子像上振幅和强度的变化。包括质厚衬度 和衍射衬度两种。 –相位衬度：多束电子束相干成像，由于电子束 在样品出口表面上相位不一致而形成的衬度。 包括相干相位衬度和Z-衬度两种。
材料研究与测试方法
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4 电子衍射花样的标定
4.1 推荐参考资料
材料研究与测试方法
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4.2 电子衍射花样标定原则 二维倒易平面中的任意
透射电镜的成像原理
透射电镜的成像原理
透射电镜是一种使用电子束来形成样本的高分辨率图像的仪器。
其成像原理是基于电子束与样品之间的相互作用，以及测量和记录电子束与样品间散射电子的数量。
在透射电镜中，电子束被发射器产生，并通过一系列的电磁透镜系统进行控制和聚焦。
控制电磁透镜的磁场可以调整电子束的轨迹和聚焦点，确保其足够细致地照射到待观察的样品上。
当电子束照射到样品上时，一部分电子将被透射，另一部分电子将会被样品散射。
透射电子将会进入一个环形激光诱导荧光屏幕，形成亮点。
而散射电子将会被对称地捕获并聚焦到像差校正器上。
这些散射电子将被像差校正器中的透镜所聚集，并被定向进入像增强器。
像增强器中的透镜系统再次聚焦散射电子，将其集中到探测器上。
探测器会记录下每个点的电子数量，并转化为一个数值图像。
这个数值图像可以被计算机显示和存储，形成我们在透射电镜中观察到的高分辨率样品图像。
透射电镜的成像原理依赖于电子束与样品之间的相互作用，以及通过控制电磁透镜和像增强器等装置的电子束的聚焦和记录。
通过这种方式，透射电镜可以达到非常高的分辨率，使我们能够观察并研究微观尺度的样品结构和特性。
2-2 透射电子显微镜
(a) 物镜和第一中间镜关闭
(b, c) 物镜下的小透镜OM透镜关闭
不同模式下成像透镜系统的光路图
1. 物 镜 用来获得第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透 镜。电镜的分辨率主要取决于物镜，必须尽可能降低像差。 物镜通常为强励磁、短焦透镜（f = 1-3mm）,放大倍数 100—300倍，目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm。
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：
统进行调整。
透射电子显微分析模式不同，对入射到样品的电子束要求
也不同。照明透镜系统可以实现从电子束平行照明到大会聚 角电子束照明条件。 主要通过两级聚光镜、汇聚小透镜和物镜的不同组合来实 现，不同的电镜模式不同。
两级聚光镜模式
聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强 度、孔径角和束斑大小。一般采用双聚光镜系统，如图所示。 C1—为强磁透镜， M
常用附件： EDAX 能谱仪
FIGURE 1.9. A selection of different commercial TEMs:
(B) Zeiss HRTEM with a Cs corrector and an in-column energy (A) JEM 1.25 MeV HVEM filter and an in-column energy filter
1. 电子照明系统 (电子枪，会聚镜系统） 2. 试样室 3. 成像放大系统 4. 图象记录装置
实验二细胞的超微结构—透射电镜下的细胞器
实验二细胞的超微结构—透射电镜下的细胞器实验目的：通过使用透射电子显微镜观察和研究细胞的超微结构，了解细胞器的形态和组织，以及其在细胞功能中的作用。
实验原理：透射电子显微镜是一种利用电子束通过样品的原理进行显微观察的仪器。
相比传统光学显微镜，透射电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数。
实验步骤：1.准备样品：使用透射电子显微镜需要制备薄片样品。
将细胞或组织固定、切片和上染色剂等。
2.调整放大倍数：根据需要观察的细胞器，调整透射电子显微镜的放大倍数。
3.开始观察：将样品放入透射电子显微镜中，调整焦距和对比度，开始观察细胞超微结构。
4.记录结果：使用电子显微镜拍摄或记录所见到的细胞器的图像和形态。
根据观察结果，对细胞器的结构和功能进行分析和讨论。
实验结果：观察细胞的超微结构可以看到许多细胞器，如细胞核、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体等。
细胞核是细胞的控制中心，一般位于细胞的中央。
在透射电镜下观察，可以看到核膜（由内核膜和外核膜组成）、核孔、核仁等结构。
核膜通过核孔与细胞质相连，核仁是RNA合成的地方。
线粒体是细胞的能量中心，通过细胞呼吸产生ATP。
在透射电镜下观察，线粒体呈棒状或梭形，内部含有许多内膜，并形成一系列被称为嵴（cristae）的褶层。
嵴上含有许多氧化酶，参与细胞呼吸。
内质网是细胞的重要细胞器之一，两个片层之间的空腔称为内质网腔。
内质网膜上覆盖着许多小颗粒，称为核糖体。
内质网分为粗面内质网和平滑内质网，前者存在核糖体，用于蛋白质合成，后者没有核糖体，参与脂质代谢和钙离子存储。
高尔基体是细胞的分泌细胞器，具有分泌蛋白质、糖蛋白质和磷脂等功能。
高尔基体由多个平面被膜囊构成，形成一系列被称为囊泡的结构。
在透射电镜下可以看到高尔基体具有一层由囊泡组成的堆叠结构。
溶酶体是细胞的消化系统，其内部含有多种水解酶。
溶酶体呈球状或椭圆形，在透射电镜下可以看到其内部含有酶泡。
溶酶体参与细胞内的废物降解和吞噬体的形成。
透射电镜图象解释(共16张PPT)
4 晶体缺陷分析
一. 晶体缺陷对衍射强度的影响
晶体中或多或少存在着不完整性，并且较复杂，这种不完整性包括： 1.由于晶体取向关系的改变而引起的不完整性，例如晶界、孪晶界、沉淀
物与基体界向等等。 2.晶体缺陷引起，主要有关缺陷（空穴与间隙原子），线缺陷（位错）、
面缺陷（层错）及体缺陷（偏析，二相粒子，空洞等）。
第二页，共16页。
1 透射电子衬度象的形成机制
① 质厚衬度 由于试样的质量和厚度不同，各部分对入射电子发 生相互作用，产生的吸收与散射程度不同，而使得 透射电子束的强度分布不同，形成反差，称为质-厚 衬度。
② 衍射衬度
衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射条 件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图象反 差。它仅属于晶体结构物质，对于非晶体试样是 不存在的。
第七页，共16页。
3 衍射衬度形成机理
•。 设入射电子束恰好与试样OA晶粒的(h1k1l1)平面交 成精确的布拉格角θ，形成强烈衍射，而OB晶粒 则偏离Bragg反射，结果在物镜的背焦面上出现强 的衍射斑h1k1l1。若用物镜光栏将该强斑束h1k1l1挡
住，不让其通过，只让透射束通过，这样，由于通
第三页，共16页。
2 质厚衬度原理
由于质厚衬度来源于入射电子与试样物质发 生相互作用而引起的吸收与散射。由于试样很薄，
吸收很少。衬度主要取决于散射电子（吸收主要取 于厚度，也可归于厚度），当散射角大于物镜的孔
径角α时,它不能参与成象而相应地变暗。这种 电子越多，其象越暗。或者说，平均原子系数
越大，散射本领大，透射电子少的部分所形成的象 要暗些，反之则亮些。
第十页，共16页。
暗场像——用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束， 而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法， 称为暗场成像，所得图象为暗场像。 暗场成像有两种方法：偏心暗场像与中心暗场像。
透射电镜实验报告
透射电镜实验报告透射电镜是一种能够观察样品内部结构的高级显微镜，它利用电子束的透射来形成样品的显微图像。
透射电镜实验是现代生物学、材料科学和纳米技术等领域中常用的实验手段，可以帮助研究人员观察和分析样品的微观结构。
本实验旨在通过透射电镜对样品进行观察，了解透射电镜的工作原理和操作方法，以及掌握透射电镜实验的基本技能。
实验步骤：1. 样品制备，首先，我们需要准备样品。
样品制备的关键是要将样品切割成极薄的切片，以便电子束能够透射样品并形成清晰的显微图像。
2. 透射电镜的准备，接下来，我们需要对透射电镜进行准备。
首先打开透射电镜的主电源，等待其预热。
然后安装样品架，并调整透射电镜的对焦和放大倍数，以确保能够获得清晰的显微图像。
3. 样品观察，将制备好的样品放置到透射电镜的样品架上，调整透射电镜的参数，如加速电压和聚焦，然后通过电子束对样品进行观察。
观察过程中需要注意调整对比度和亮度，以获得清晰的显微图像。
4. 数据分析，观察完样品后，我们需要对获得的显微图像进行分析。
通过观察样品的微观结构，我们可以了解样品的成分、晶体结构、表面形貌等信息，并对样品进行进一步的研究和分析。
实验结果：通过透射电镜观察，我们成功获得了样品的显微图像，并对样品的微观结构进行了初步分析。
我们观察到样品中的颗粒分布情况，以及颗粒的形状和大小。
通过对比不同样品的显微图像，我们还可以比较不同样品之间的微观结构差异，为进一步研究提供了重要参考。
实验总结：透射电镜实验是一项重要的实验手段，可以帮助研究人员观察和分析样品的微观结构。
通过本次实验，我们掌握了透射电镜的操作方法和样品制备技巧，并成功获得了样品的显微图像。
透射电镜实验为我们提供了一种全新的观察样品的方式，为我们的研究工作提供了重要的帮助。
透射电镜实验报告到此结束。
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
透射电镜成像原理
透射电镜成像原理
透射电镜是一种利用电子束来成像样品表面微观结构的仪器，
它的成像原理主要包括电子源、透射系统、透射样品和成像系统。
电子源产生的电子束经过透射系统的调制和聚焦后，穿过透射样品，最终被成像系统捕捉并转化成图像。
透射电镜成像原理的理解对于
正确操作和解释透射电镜图像具有重要意义。
电子源是透射电镜成像的起始点，它产生高能电子束，通常由
热阴极或场发射阴极产生。
这些电子被加速到很高的能量，以便能
够穿透样品并产生清晰的图像。
透射系统包括准直器、孔径和对焦
系统，它们的作用是调制和聚焦电子束，使其能够准确地穿过样品
并被成像系统捕捉。
透射样品是透射电镜成像的关键，样品的厚度、密度和成分都
会影响电子束的透射情况。
不同的样品会对电子束产生不同的散射
和吸收，因此在观察样品时需要根据样品的特性来选择合适的成像
条件。
成像系统通常由电子透镜、荧光屏和相机组成，它们将透射
的电子束转化成可见的图像，供操作者观察和分析。
透射电镜成像原理的理解有助于我们正确操作和解释透射电镜
图像。
在实际操作中，我们需要根据样品的特性选择合适的电子源能量、透射系统参数和成像条件，以获得清晰的图像。
在解释透射电镜图像时，我们需要考虑样品的厚度、密度和成分对电子束的影响，以避免误解和错误的分析。
总之，透射电镜是一种强大的工具，能够帮助我们观察和分析样品的微观结构。
了解透射电镜成像原理对于正确操作和解释透射电镜图像至关重要，只有深入理解其原理，才能充分发挥透射电镜的优势，为科学研究和工程应用提供可靠的数据支持。
透射电镜原理 (2)
透射电镜原理1. 简介透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种高分辨率的电子显微镜，利用经过样品的电子束的透射来观察样品的内部结构。
相比于光学显微镜，透射电镜具有更高的分辨率，可以观察更小尺寸的样品细节。
2. 透射电镜组成一个典型的透射电镜主要由电子源、透镜系统、样品台、探测装置和图像展示装置等组成。
2.1 电子源电子源是透射电镜中产生电子束的关键部分，常用的电子源有热阴极和场发射阴极两种。
热阴极是通过加热金属材料产生热电子，而场发射阴极则是利用高电场下的电子发射效应产生电子束。
热阴极常用于低分辨率的透射电镜，而场发射阴极适用于高分辨率的透射电镜。
2.2 透镜系统透镜系统主要包括透镜和磁透镜。
透镜用于聚焦电子束，帮助提高分辨率；磁透镜则通过调节磁场来控制电子束的聚焦和偏转。
2.3 样品台样品台是放置样品的平台，用于固定和调节样品。
在透射电镜中，样品需要制备成非常薄的切片，常常需要使用特殊的技术来制备样品。
2.4 探测装置探测装置用于检测透射电镜中经过样品的电子束，常用的探测装置有荧光屏、摄像机和数码相机等。
这些装置能够将透射电镜中观察到的显微图像转化成可视化的图像。
2.5 图像展示装置图像展示装置常用于将透射电镜中观察到的图像显示在屏幕上，以便研究人员进行实时观察和分析。
3. 透射电镜工作原理透射电镜的工作原理可以简述为：电子源产生的电子束经过透镜系统聚焦后，通过样品，然后被探测装置检测。
在透射过程中，电子束与样品中的原子与分子相互作用，产生透射电子和散射电子。
通过探测透射电子的信号，可以获取样品的显微图像。
在透射过程中，电子束与样品间的相互作用是多种多样的，包括弹性散射、非弹性散射、透射、倒散射等。
其中，透射是电子束穿过样品而没有发生散射的过程。
通过控制透镜系统的参数，可以实现对电子束的聚焦以及对样品的深度扫描，从而获得样品的显微结构信息。
2电镜原理及透射电镜构造-生物技术
2．可折射性
通过电子透镜折射聚焦 电流越大，焦距越短， 电流越大，焦距越短，放大倍数越大
3．穿透能力弱
高真空镜筒 切片必须超薄（小于0.1μm） 0.1μm 切片必须超薄（小于0.1μm） 铜网和有机支持膜代替玻璃载玻片
4．成象直接不可见
荧光屏/ 荧光屏/照相底片感光 拍照片后进行研究
能激发金属产生X 5．能激发金属产生X射线
光镜有效放大率M L有
M E有 =
02 = 10 6 即100万倍，比光镜大1000倍。 2 × 10 −7
反差（contrast）（对比度） ）（对比度 （三）反差（contrast）（对比度）
光镜：主要由样品结构成分对光吸收程度不同形成。 光镜：主要由样品结构成分对光吸收程度不同形成。 用染料的颜色来提高。 用染料的颜色来提高。 透射电镜： 透射电镜：主要由样品内各种结构对入射电子的散射程度 不同引起。 不同引起。 电子的散射程度又称为电子密度 电子的散射程度又称为电子密度 电子致密（ dense） 电子致密（electron dense） 电子透明（ lucent） 电子透明（electron lucent） 电子染色： 电子染色：用重金属原子与样品中某些结构和成分选择性 地结合增强反差
加强个人防护
（三）透射电镜的结构
LM 照明源 聚光镜 样品 灯泡（可见光） 灯泡（可见光） 普通玻璃透镜 （1个） 个 玻璃载玻片上 物镜 目镜 观察 眼/底片 底片 电子枪 磁场—通直流电的 磁场 通直流电的线圈 通直流电 （2—3个） 个 置有支持膜的铜网上 物镜 中间镜 通直流电的线圈 投影镜 荧光屏/底片 荧光屏 底片 观察窗 EM
电子显微镜产生的基础
ML=MO×Me
ML：总放大倍率， Mo：物镜放大率，Me：目镜放大率 ：总放大倍率， ：物镜放大率， ： 用油浸物镜时， 用油浸物镜时，光镜总放大倍率 ML=100×10=1000 × 空放大、 空放大、有效放大
实验二 细胞的超微结构透射电镜下的细胞器
【完】
JEM-1011透射电子显微镜
透射电镜的成像原理
高速电子束 透射样品 获得高分辨率的图像：数百万倍
❖使用电子枪发射出了波长极短的电子波 ❖利用电磁透镜可对电子束进行聚焦、放大和成像
成像原理： 高压电子枪
高速电子束 电磁透镜 样品
电子束发生投射 荧光屏 电能转变成光能
浓淡不同的图像 图像各处浓淡的不同真实反映 了样品不同部位的物质结构
物镜是电镜的关键部件，它决定了电镜的分辨能
力，对成像的质量起决定性作用。此外还有中间镜， 结构和物镜类似，作用是将经物镜放大的电子像再 作二级放大。位于中间镜之下的投影镜，是一个高 倍率强透镜。此外就是成像的荧光屏和观察室以及 照相装置。
2．真空系统：电镜的镜筒空间部分是电子束的通道， 不许有任何游离的气体存在，工作时必须要保持绝 对真空。真空系统通常包括机械泵、空气过滤器、 油扩散泵及排气管道等部件。
透射电镜适用于样品内部显微结构及样品外形 （状）的观察，也可进行纳米样品粒径大小的测定。
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概述
• 如何对一张电子图像获得的信息作出正确的解释
和判断，不但很重要，也很困难。必须建立一套
相应的理论才能对透射电子像作出正确的解释。 如前所述电子束透过试样所得到的透射电子束的
强度及方向均发生了变化，由于试样各部位的
组织结构不同，因而透射到荧光屏上的各 点强度不均匀，这种强度的不均匀分布现 像就称为衬度，所获得的电子像称为透射电子
应用举例－金属组织观察
1µ m .8 µ m
铝合金
铜铝硅金属化薄层
应用举例－ Si纳米晶的原位观察
纳米金刚石的高分辨图像
3.4.1 薄膜样品的制备
透射电镜在材料研究中所用的试样分三类：
•
• •
超显微颗粒样品 试样的表面复型样品 薄膜样品
• 透射电镜常用的75~200KV加速电压，样品 厚度控制在100~200 nm
厚度的差异而形成的衬度.
• 衍射衬度:衍射衬度是由于晶体薄膜的不同部位满足布拉格衍射
条件的程度有差异而引起的衬度
• 相位衬度:电子束照射薄试样，试样中原子核和核外电子产生的
库伦场会使电子波的相位有起伏，如果把这个相位变化转变为像 衬度，则称为相位衬度。
• 原子序数衬度:由于试样表面物质原子序数（或化学成分）差
样品 物镜 后焦面
B
2
A
光阑
•
•
IB=I0- Ihkl
此时，B晶粒较暗，而A晶粒较亮
IAI0
IB=I0- Ihkl
明场像
3.4.3 衍衬成像原理
• 若以未发生强烈衍射的A晶粒亮度IA作为 图像的背景强度I，则B晶粒的像衬度为：
•
（I/I）=（IA-IB）/I0 Ihkl /I0
• 让透射束通过物镜光阑而把衍射束挡 掉得到图像衬度的方法-明场像（BF）
• 衍衬成像:入射电子束与样品内各晶面 相对取向不同所导致的衍射强度的差 异
• 当电子束穿过晶体薄膜时，严格满足布拉格 条件的晶面产生强衍射束，不严格满足布拉 格条件的晶面产生弱衍射束，不满足布拉格 条件的晶面不产生衍射束。
3.4.3 衍衬成像原理
• 假设薄膜只有两颗位向不同的 晶粒A和B • 在入射电子束的照射下，B晶 粒的某（hkl）晶面组恰好与入 射方向成精确的布拉格角， 而其余的晶面组均与衍射条件 存在较大的偏差。 • 此时，在B晶粒的选区衍射花 样中，hkl斑点特别亮，也即 hkl晶面的衍射束特别强
3.4.2 质厚衬 度原理
1.复型试样 2.铜网孔平面 3.物镜 4.衬度光阑 5.荧光屏 质 厚 衬 度 成 像 示 意 图
3.4.2 质厚衬度原理
Байду номын сангаас• 若试样厚度处处相等，则不同部位的原子 质量差异越大，衬度越高 • 若试样厚度处处相等，而其本身又是同种 原子组成，则衬度G=0
3.4.3 衍衬成像原理
别而形成的衬度。利用对试样表面原子序数（或化学成分）变化 敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得到原子序数衬度 图像。
概述
• 金属材料中存在大量的缺陷，如：空位、 杂质原子、位错、层错等，它们与金属材 料中的扩散、相变、再结晶、塑性变形等 密切相关 • 金属薄膜可以薄到2000Å以下，足以让电 子束穿过成像，因此，可以将内部结构显 示出来
3.4.3
衍衬成像原理
• 若将光阑孔套住hkl而把透射束 挡掉，就可以得到---暗场像
（DF）
• 把入射电子束倾斜2角，使B晶
暗场像
粒的hkl晶面出在强烈衍射的方
向，而光阑仍在光轴位置，此时 只有B晶粒的hkl衍射束正好通过
光阑孔，而透射束被挡掉，此方
法称---中心暗场像（CDF）
中心暗场像
3.4.3 衍衬成像原理
萃取复型和粉末样品
• 萃取复型最常见的两种是： • 碳萃取复型 • 火棉胶-碳二次萃取复型
3.4.2 质厚衬度原理
质厚衬度的前提：
非晶体试样中原子对入射电子的散射 和电镜小孔径角成像（依靠衬度光阑） 试样各部分对电子束散射本领的不同， 经衬度光阑的作用后，在荧光屏上产生了 放大的强度不一的像。
衬度像
概述
• 衬度（contrast）定义：两个相临部分的电子束 强度差
I 1 I 2 I C I2 I2
•
当电子逸出试样下表面时，由于试样对电子束的 作用，使得透射到荧光屏上的强度不均匀，这种 强度不均匀的电子像称为衬度像
四种衬度
• 质量－厚度衬度:由于非晶样品不同微区间存在的原子序数或
很薄的膜上，然后把复制的薄膜（复型） 放到电镜中去观察分析。
复型的分类：
• 一级塑料复型 • 一级碳复型 • 二级碳复型 • 萃取复型
• 塑料一级复型的制备
一级复型：
样品表面清洗， 然后贴AC纸， 此过程反复进 行几次清洁试 样表面，最后 一片AC纸即 为塑料一级复 型
一级复型
• 碳一级复型的制备
3.4.1 薄膜样品的制备
材料 铁和钢 铁和钢 铁和钢 溶液配方 备注 30%HNO3+15%HCl+10% 热溶液 HF+45%H2O 33%H3PO4+40%H2O2 35%HNO3+65%H2O 60C 热溶液
3.4.1 薄膜样品的制备
• 非金属薄膜样品的制备： • 复型：将试样表面组织浮雕复制到一种
• 此时，B晶粒的亮度 IB Ihkl
• A晶粒在该方向的散射强度极小，A晶 粒的亮度 IA0 • 图像的衬度特征正好与明场像相反，B 晶粒较亮而A晶粒较暗，显然，暗场像 的衬度明显高于明场像
必须指出：
• 只有晶体试样形成的衍衬像才存在明、 暗场像之分，其亮度是明暗反转的。 • 它不是表面形貌的直观反映，是入射电 子束与晶体试样之间相互作用后的反映
3.4.3衍衬成像原理
3.4.3 衍衬成像原理
课堂练习
• 明场像和暗场像如何区 分？两者依赖哪种成像 理论？
2.4.透射电镜成像分析
• • • • 概述 2.4.1 薄膜样品的制备 2.4.2 质厚衬度成像原理 2.4.3 衍衬成像原理
概述
• 光学显微镜及扫描电镜均只能观察物质表面的微 观形貌，无法获得物质内部的信息。 • 透射电镜入射电子透射试样后，将与试样内部原 子发生相互作用，从而改变其能量及运动方向。 显然，不同结构有不同的相互作用。这样，就可 以根据透射电子图像所获得的信息来了解试样内 部的结构。 • 由于试样结构和相互作用的复杂性，因此所获得 的图像也很复杂。它不像表面形貌那样直观、易 懂。
3.4.1 薄膜样品的制备
• 由金属材料本身制成的金属薄膜样品具有 以下优点： • （1）观察和研究金属与合金的内部结构和 缺陷，将同一微区进行衍衬成像及电子衍 射研究，把相变与晶体缺陷联系起来
• （2）进行动态观察，研究在变温情况下相 变的行核和长大过程
3.4.1 薄膜样品的制备
• • • • • • • 金属薄膜制备的基本要求： 薄膜应对电子束“透明” 制得的薄膜应与大块样品保持相同的组织结构 薄膜样品应具备一定的强度和刚度 样品样品表面没有氧化和腐蚀 金属薄膜样品的制备过程： 线切割---机械研磨---化学抛光---电解抛 光最终减薄
样品 物镜 后焦面 光阑 B
2
入射束I0
A
IAI0
IB=I0- Ihkl
明场像
3.4.3 衍衬成像原理
• 当在物镜的后焦面上加入衬度光阑（物镜
光阑），把B晶粒的hkl衍射束挡掉，而只 让透射束通过光阑并到达像平面，构成样
入射束I0
品的第一幅放大像，此时，两颗晶粒的像
亮度由所不同 • IAI0 因为与B晶粒不同位向的A晶 粒内所有晶面组均与布拉格条件存在较大 的偏差，即在选区衍射花样中将不出现任 何强斑点，或者说其所有的衍射束的强度 均可视为零
碳复型
复型像示意图
复型像强度分布
二级复型
• 塑料-碳二级复型技 术： • 一级复型面朝上贴 于胶带纸上 • 对一级复型限先镀 重金属，再镀碳 • 将复合复型与铜网 修型后投入丙酮溶 液后，将碳膜连同 铜网吸干水分、干 燥。
萃取复型和粉末样品
• 萃取复型的意义:如实的复制样品表面的形 貌，又可把细小的第二相颗粒（如金属间 化合物、碳化物、非金属夹杂物）从腐蚀 的金属表面萃取出来，嵌在复型中，被萃 取出的细小颗粒的分布与它们在样品中的 分布完全相同。萃取出来的颗粒具有相当 好的衬度，可在电镜下做电子衍射分析