透射电镜
拉曼光谱和透射电镜
拉曼光谱和透射电镜
拉曼光谱和透射电镜是两种用于研究材料结构和性质的分析技术，它们分别通过不同的原理和方法提供有关样品的信息。
1.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：
原理：拉曼光谱是一种分析技术，基于分子或晶体中的分子振动引起的光子散射现象。
当激光光束通过样品时，其中的分子会散射光子，产生拉曼散射光。
通过分析拉曼散射光的频移，可以获得关于分子振动和结构的信息。
应用：拉曼光谱广泛用于材料科学、化学、生物学等领域，可以用于分析晶体结构、化学成分、分子构型等。
2.透射电镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）：
原理：透射电镜是一种高分辨率的显微镜，使用电子束而不是可见光。
样品被穿透的电子束通过样品后，通过透射电镜的透射系统形成高分辨率的图像。
TEM可以显示样品的内部结构，具有极高的分辨率，可以观察纳米级别的细节。
应用：透射电镜主要用于研究材料的微观结构，如晶体结构、纳米颗粒、生物细胞等。
它在纳米科技、材料科学、生物学等领域有广泛的应用。
这两种技术在研究材料时具有互补性。
拉曼光谱提供关于分子振动和结构的信息，而透射电镜则提供关于材料微观结构的高分辨率图像。
结合使用这两种技术，可以更全面地了解材料的性质和结构。
TEM(透射电子显微镜)
细胞结构解析
细胞膜结构
透射电镜图像可以清晰地展示细胞膜的精细结构，如细胞膜的厚度、 细胞器的分布等。
细胞器结构
透射电镜能够观察到细胞内的各种细胞器，如线粒体、内质网、高 尔基体等，有助于了解细胞器的形态和功能。
细胞骨架结构
透射电镜能够观察到细胞骨架的超微结构，如微管、微丝和中间纤维 等，有助于了解细胞骨架在细胞运动、分裂和分化中的作用。
TEM应用领域
01
02
03
04
生物学
研究细胞、组织和器官的超微 结构，如细胞器、细胞膜、染
色体等。
医学
用于诊断疾病，如癌症、传染 病等，以及药物研发和疫苗制
备过程中的结构分析。
地质学
观察岩石、矿物和矿物的微观 结构，研究地球科学中的各种
地质现象。
材料科学
研究金属、陶瓷、高分子等材 料的微观结构和性能，以及材
控制切片的厚度，通常在50~70纳米之间，以确 保电子束能够穿透并观察到样品的内部结构。
切片收集与处理
将切好的超薄切片收集到支持膜上，并进行染色、 染色脱水和空气干燥等处理。
染色
染色剂选择
选择适当的染色剂，如铅、铀或 铜盐，以增强样品的电子密度并
突出其结构特征。
染色时间与温度
控制染色时间和温度，以确保染色 剂与样品充分反应并达到最佳染色 效果。
清洁样品室
定期清洁样品室，保持清洁度 。
检查电子束系统
定期检查电子束系统，确保聚 焦和稳定性。
更新软件和驱动程序
及时更新TEM相关软件和驱动 程序，确保兼容性和稳定性。
定期校准
按照厂家建议，定期对TEM进 行校准，确保观察结果的准确
性。
06 TEM未来发展
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。
透射电镜的基本原理
透射电镜的基本原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种使用电子束而非光线进行成像的仪器。
它使用高能电子束将样品穿透，然后收集透射的电子，并通过电子透射图像来获得样品的高分辨率图像。
以下是透射电镜的基本原理。
1.电子源：透射电镜中的电子通常是通过热发射或场发射从钨丝或钨尖中提取出来的。
电子源通常位于电镜的顶部，并通过加热或外加电场使电子发射。
2.加速器和减速器：电子源中产生的电子通过一个加速器进行加速，以达到高能水平。
这样可以使电子具有足够的能量穿透样品。
在穿过样品后，电子被进一步减速，以改变电子束的相对能量。
3.样品：样品通常是非晶态或晶态材料，厚度通常在几纳米到几十纳米之间。
样品先被制备成极薄切片，并被放置在透明的钢网上，并通过透射底座固定在电镜中。
4.磁透镜系统：磁透镜系统用于聚焦和定向电子束。
它可以通过控制磁铁中的磁场来控制电子束的聚焦和导向。
电镜通常包含一个物镜透镜和一个对焦透镜。
物镜透镜具有更大的聚焦能力，用于将电子束聚焦到样品上，而对焦透镜用于微调焦距。
5.透射：电子束穿过样品时会与样品中的原子和电子发生相互作用。
其中一个主要的相互作用是电子与样品中的原子核和电子发生库仑散射。
这些相互作用会使电子的能量损失，并改变电子的路径。
透射电子图像是根据这些散射事件的位置和能量损失来重建的。
6.探测器：透射电子通过样品后，会被收集并转换为可视图像。
光学系统使用透射电子图像来放大和重构样品。
最常用的探测器是闪烁屏幕和摄像机。
闪烁屏幕会发出光，而摄像机则将光转换为电信号，并将其转化为可视化的图像。
7.后处理：获得的透射电子图像可以通过计算机后处理进行增强和处理。
这些处理包括调整对比度，增强细节以及从二维图像中提取出三维信息。
透射电镜的原理允许它在纳米尺度下观察物质的结构和形貌。
与传统的光学显微镜相比，透射电镜具有更高的分辨率和更大的深度解析力。
透射电镜(TEM)原理详解
• 除了电磁波谱外, 在物质波中, 电子波不仅具有短波长, 而且存在使之发生折射聚焦的物质。所以电子波可以作为 照明光源, 由此形成电子显微镜。
图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)
高压系统
真空系统
操作控制系统
观察和记录系统
阴极透电射子电枪镜来, 获通得常工电采作子用原束热 理
作为照明源。 热阴极发射的电子, 在
阳极加速电压的作用下, 高速穿过阳极孔, 然后被 聚光镜会聚成具有一定直 径的束斑照到样品上。
具有一定能量的电子束 与样品发生作用, 产生反 映样品微区厚度、平均原
量决定于衬度
B
A
（像中各部分
的亮度差异）。
现在讨论的
这种差异是由
于相邻部位原
子对入射电子
散射能力不同, Aˊ
因而通过物镜
光阑参与成像
质厚衬度表达式 令N1为A区样品单位面积参与成像
的电子数，N2为B区样品单位面积参
与成像的电子数，则A.B两区的电子
衬G将度上GN式为1N展1N成2 级 1数，ex并p略N A去 二0M2级22及t2 其
• 正确分析透射电子像，需要了解图象衬度与以上这 些反映材料特征信息之间的关系。
• 透射电子像中，有三种衬度形成机制: • 质厚衬度 • 衍射衬度 • 相位衬度
透射经电典镜像理衬论形成认原为理(散一)射质是厚衬度
供入观察射形貌电结子构的在复型靶样物品和质非晶粒态物质样品的衬度是质厚衬度
1子转.原场。子中可核受采和力用核而散外发 射电生截子偏面对入射电子的散射
透射电镜(TEM)讲义
05
TEM操作与注意事项
操作步骤与技巧
01
02
03
04
准备样品
选择适当的样品，进行适当的 处理和固定，以确保观察效果 最佳。
调整仪器参数
根据观察需求，调整透射电镜 的加速电压、放大倍数等参数 ，以达到最佳观察效果。
操作步骤
按照仪器操作手册的步骤进行 操作，包括安装样品、调整焦 距、观察记录等。
技巧
定量分析方法
颗粒统计
对图像中颗粒的数量、大 小和分布进行统计，计算 颗粒的平均尺寸和粒度分 布。
电子衍射分析
利用电子衍射技术分析晶 体结构和相组成，确定晶 格常数和晶面间距。
能谱分析
通过能谱仪测定图像中各 点的元素组成和相对含量， 进行定性和定量分析。
04
TEM图像解析实例
晶体结构分析
利用高分辨的TEM图像，可以观察到晶体内部的原 子排列和晶体结构，如面心立方、体心立方或六方 密排结构等。
掌握操作技巧，如正确使用操 作杆、合理利用观察窗口等， 以提高观察效果和效率。
仪器维护与保养
定期清洁
定期对透射电镜进行清 洁，保持仪器内部和外
部的清洁度。
检查部件
更换消耗品
定期检查透射电镜的部 件，如电子枪、镜筒等，
确保其正常工作。
根据需要，及时更换透射 电镜的消耗品，如真空泵
油、电子枪灯丝等。
保养计划
在操作透射电镜时，应严格遵守操作规程， 确保仪器和人身安全。
THANK YOU
感谢聆听
80%
观察模式
根据观察目的选择不同的观察模 式，如明场、暗场、相位对比和 微分干涉等。
图像解析与解读
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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。
透射电镜分析
透射电镜分析透射电镜是一种常用的材料表征技术，广泛应用于材料科学、生物医学和纳米技术领域。
透射电镜通过电子束的透射来观察样品的内部结构和成分。
本文将介绍透射电镜的原理、仪器结构、操作流程以及在材料科学领域的应用。
透射电镜利用高能电子束穿透样品，通过电子束与样品相互作用的方式，获取样品的内部信息。
与光学显微镜不同，透射电镜具有更高的空间分辨率，可以观察到更细小的结构细节。
同时，透射电镜具有较高的成分分辨率，可以确定材料的化学组成。
透射电镜主要由电子源、透镜系统、样品台和检测器组成。
电子源产生高能电子束，透镜系统对电子束进行聚焦和调节，样品台用于支撑样品并调节其位置，检测器用于接收透射电子并将其转化为图像信号。
在进行透射电镜观察时，首先需要制备适合的样品。
通常，样品要求薄至几个纳米至几十纳米的厚度，以保证电子束的穿透能力。
其次，样品需要通过切片技术制备成透明薄片或通过离子薄化技术获得适当厚度的样品。
制备好的样品被放置在透射电镜的样品台上，并进行位置调节以获得最佳的观察效果。
在透射电镜观察中，可以使用不同的探测模式来获取样品的信息。
例如，原子级分辨透射电镜（HRTEM）可以获得材料的晶体结构信息，高角度透射电子显微镜（HAADF-STEM）可以获得材料的成分信息。
透射电子衍射（TED）可以用于分析晶体的结晶方式和晶格参数。
透射电镜在材料科学领域有着广泛的应用。
首先，透射电镜可以用于研究材料的微观结构和相变行为。
例如，通过观察材料的晶体结构和缺陷，可以了解材料的力学性能和导电性能。
其次，透射电镜可以用于研究材料的纳米结构和纳米尺度现象。
由于透射电镜具有很高的分辨率，可以观察到纳米颗粒、纳米线和二维材料等纳米结构的形貌和性质。
此外，透射电镜还可以用于观察生物样品的超微结构，为生物学研究提供重要的信息。
总之，透射电镜是一种强大的材料表征技术，具有高分辨率和高成分分辨率的优势。
它在材料科学、生物医学和纳米技术等领域发挥着重要作用。
透射电镜
透射电镜的基本功能有：获取高分辨率、高放大
倍率的电子图像，可直接观察矿物的晶体形态、晶格象、 晶体缺陷、显微双晶和出溶作用等现象；进行电子衍射操 作（常用于选区电子衍射）可确定晶体的对称性，计算晶 胞参数，鉴定物相，测定晶体取向等；配以成分分析附件， 可以进行微区成分分析。
现代透射电镜大多包括：扫描透射电子显微系统、
像）。
位相衬度
位相衬度是由于透射 电子与衍射电子在离开试 样后发生干涉产生的衬度。 透射电子行程L，衍射 电子的行程（L2+d2)1/2， 当二者的光程差为λ 的整 数倍时产生干涉。
(3) 超薄切片法
高分子材料用超薄切片机可获得50nm左右的薄 样品。如果要用透射电镜研究大块聚合物样品的内 部结构，可采用此法制样。 用此法制备聚合物试样时的缺点是将切好的超 薄小片从刀刃上取下时会发生变形或弯曲。为克服 这一困难，可以先将样品在液氮或液态空气中冷冻； 或将样品包埋在一种可以固化的介质中。 选择不同的配方来调节介质的硬度，使之与样 品的硬度相匹配。经包埋后再切片，就不会在切削 过程中使超微结构发生变形。
动的全部路径上必须保持高度的真空，以防止电子与空气分 子相碰而改变电子运动方向，防止放电(电离空气分子现象) 和灯丝氧化等。因此，整个镜体，包括照相室，都密封在真 空系统中。一般要求其真空度不低于10-4毫米水银柱，真空 度则依据机械泵和扩散泵的工作来获得。通常在试样室和镜 筒主体间设有可动的隔离装置，以便在更换试样时，只需局 部破坏真空，这样，就可大大提高工作效率。
透射电镜与光学显微镜的原理对比
透射电镜的成像放大原 理与普通光学显微镜极为相 似。不同之处在于电子显微 镜用电子枪发射的电子束作 照明源，用电磁透镜取代玻 璃透镜进行聚焦、成像和放 大。由于电子束与可见光有 一系列本质上的差别，因此， 无论在仪器结构上，还是在 功能和性能方面都明显地不 同于光学显微镜。
透射电子显微镜
透射电子显微镜透射电子显微镜（Transmission electron microscopy，缩写TEM），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，影像将在放大、聚焦后在成像器件（如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件）上显示出来。
由于电子的德布罗意波长非常短，透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。
因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构，比光学显微镜所能够观察到的最小的结构小数万倍。
TEM在中和物理学和生物学相关的许多科学领域都是重要的分析方法，如癌症研究、病毒学、材料科学、以及纳米技术、半导体研究等等。
在放大倍数较低的时候，TEM成像的对比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成对电子的吸收不同而造成的。
而当放大率倍数较高的时候，复杂的波动作用会造成成像的亮度的不同，因此需要专业知识来对所得到的像进行分析。
通过使用TEM不同的模式，可以通过物质的化学特性、晶体方向、电子结构、样品造成的电子相移以及通常的对电子吸收对样品成像。
第一台TEM由马克斯·克诺尔和恩斯特·鲁斯卡在1931年研制，这个研究组于1933年研制了第一台分辨率超过可见光的TEM，而第一台商用TEM于1939年研制成功。
第一部实际工作的TEM，现在在德国慕尼黑的的遗址博物馆展出。
恩斯特·阿贝最开始指出，对物体细节的分辨率受到用于成像的光波波长的限制，因此使用光学显微镜仅能对微米级的结构进行放大观察。
通过使用由奥古斯特·柯勒和莫里茨·冯·罗尔研制的紫外光显微镜，可以将极限分辨率提升约一倍[1]。
然而，由于常用的玻璃会吸收紫外线，这种方法需要更昂贵的石英光学元件。
《透射电镜原理》课件
构。
立体感强
透射电镜的图像具有很强的立体感 ，能够呈现出样品的层次感和深度 。
色彩丰富
透射电镜的图像可以通过不同的染 色技术呈现出丰富的色彩，增强视 觉效果。
透射电镜的图像解析步骤
图像获取
通过透射电镜获取样品的图像。
特征提取
从图像中提取出样品的主要特征，如细胞核 、细胞质等。
。
透射电镜的维护与保养
定期清洁透射电镜的镜筒和样品室，保持清洁度。 定期更换透射电镜的灯丝，保证电子源的正常工作。
检查透射电镜的真空系统和气体系统是否正常工作，确 保电子束传输畅通无阻。
定期进行校准和维护，确保透射电镜的各项参数准确性 和稳定性。
透射电镜的图像解
05
析
透射电镜的图像特点
高分辨率
复型样品制备
总结词
复型样品制备是为了保护原样品，将其复制成另一种材料并制成薄膜，以便在电镜中观察其微观结构 。
详细描述
复型样品制备通常采用硅橡胶、环氧树脂等材料作为基质，将原样品放置在基质中，经过聚合、固化 等步骤后，将原样品取出，留下一个与原样品相似的薄膜。制备过程中需要注意控制温度和压力，以 确保复型样品的准确性和稳定性。
冷冻样品制备
总结词
冷冻样品制备是为了保持生物样品的活 性和天然状态，将样品快速冷冻并制成 薄膜，以便在电镜中观察其微观结构。
VS
详细描述
冷冻样品制备通常采用液氮等低温介质将 生物样品迅速冷冻，然后将其转移到冷冻 切片机中进行切片。制备过程中需要严格 控制温度和切片的厚度，以确保样品的结 构和成分不受影响。同时，冷冻样品制备 还可以用于观察细胞内部的结构和动态过 程。
透射电镜(TEM)
⑥其它斑点确定.利用矢量相加法则,
R1 R2 R3
H1 H2 H3
K1 K 2 K3 L1 L2 L3
⑦根据晶带轴定律,确定零层倒易截面法线
方向. uvw 任选两晶面(HKL)1、(HKL)2
u K1L2 K 2 L1 v H 2 L1 H1L2 w H1K 2 H 2 K1
§透射电镜的显微成像
M M 物M中M 投影 物镜 中间镜 投影镜
衬度光阑 物镜焦平面
选区光阑 物镜像平面 中间镜物平面
◆衍衬成像
晶体试样各部分满足布拉 格反射条件不同和结构振幅的 差异。
衍衬成像----明、暗场像
明场像（BF）——上述采用物镜光栏将衍射束 挡掉，只让透射束通过而得到图象衬度的方法 称为明场成像，所得的图象称为明场像。
gHKL (HKL)
g HKL
1 d HKL
倒易基矢和正空间基矢之间的关系
*晶带定律与零层倒易界面
在正点阵中同时平行于某一晶向的一组晶面构 成一个晶带，这一晶向称为这一晶带的晶轴。
如果电子束沿晶轴方向入射，通过原点O*的倒 易平面只有一个，被称为零层倒易面，用（uvw） *表示。
0
g·r=0晶带定律
此外，散射强度高导致电子透射能力有限， 要求试样薄，这就使试样制备工作较X射 线复杂；在精度方面也远比X射线低。
◆电子衍射原理
◆ Bragg定律 ◆ 倒易点阵与爱瓦尔德球图解法 ◆ 晶带定律与零层倒易界面 ◆ 结构因子 ◆ 偏离矢量与倒易点阵扩展 ◆ 电子衍射基本公式
*Bragg定律
选择反射 满足 2d sinq n ，2dHKL sinq ,这是发生 衍射的必要条件，但不是充分条件。
FH2KL反映各晶面衍射强度大小, 将 FH2KL
透射电镜的成像原理
透射电镜的成像原理
透射电镜（TransmissionElectronMicroscopy,TEM）是利用电磁理论设计出来的一种新型电镜，它主要用来观察生物大分子的结构，通过电子束的照射使样品表面产生各种变化，从而反映出样品表面的形貌、尺寸、元素组成等信息。
TEM还可用于观察原子和分子水平的物理和化学现象。
下面简单介绍一下TEM成像原理。
一、电子束扫描
电子束是一种很强的电磁波，当它照射到样品上时，一部分能量被反射回来，一部分能量被发射出去，在样品表面产生散射光。
散射光穿过样品后被收集起来。
通过对收集到的散射光进行测量，就可以得到样品表面的散射光强度、波长等信息。
二、成像原理
TEM的基本工作原理是：在电子束的作用下，样品表面产生周期性的振动和反弹，引起电子-声子耦合并产生电磁波，从而使样品表面产生一系列不同波长、不同振幅和不同相位的电子波，这些波通过聚焦系统聚焦到物镜的中心并通过透镜汇聚到焦点。
—— 1 —1 —。
透射电镜(TEM)
应用及特点
一：应用：透射电子显微镜在材料科学、生物学上应用较多。由于电子易散射或被物 体吸收，故穿透力低，样品的密度、厚度等都会影响到最后的成像质量，必须制备更 薄的超薄切片，通常为50～100nm。所以用透射电子显微镜观察时的样品需要处理得 很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷冻超薄切片法、冷冻蚀刻法、冷冻断裂法等。 对于液体样品，通常是挂预处理过的铜网上进行观察。图为超薄切片的制备
显微镜原理对比图
应用举例
1.元素分布分析 利用微束技术对在光学显微镜下所选区域进行扫描分析，可 获得元素的分布图（线分布、面分布、深度分布和断层）， 来比较研究元素的区域（或相）分布特征。这类分析称为元 素分布分析。
合金元素在γ和γ’中的分布
应用举例
2.微观形貌观察
镍基高温合金蠕变后的位错形貌
应用举例
JEM2010－透射电子显微镜
原理
透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：
1.吸收像：当电子射到质量、密密度大的样品时，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 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， 从而使衍射钵的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。 3.相位像：当样品薄至100A以下时，电子可以穿过样品，波的振幅变化可以忽略， 成像来自于相位的变化。
TEM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，可用于控制照明强 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
透射电镜
2、成像系统
成像系统是电镜获得高分辨 率高放大倍数的核心组件 组成 三组电磁透镜(物镜、中间镜和 投影镜) 两个金属光阑(物镜光阑和选区 光阑） 消像散器
对于所形成的三级放大像 （如图），放大倍数为： M=MoMIMp
（1）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。只有被物 镜分辨出来的结构细节，通过 中间镜和投影镜的放大，才能 被肉眼看清。 物镜是一个强激磁，短焦距的 透镜。它的放大倍数很高，一 般为100-300倍。目前高质量 的物镜分辨率可达0.1nm左右 物镜的分辨率主要取决于极靴 的形状和加工精度。
控制系统
四、主要部件的结构
1、样品台
位置：透射电镜的样品是放
置在物镜的上、下极靴之间。
作用：装载试样
由于这里的空间很小，所以 透射电镜的样品也很小，通 常是直径2～3mm、厚度约为 200纳米的薄片，通常用外径 3mm的样品铜网支持，网孔或 方或园，约0.075mm。
2 、电子束倾斜与平移装置
（2）聚光镜
放大倍数为几十万倍的高分辨率电子显微镜要求样品 被照明的范围很小，因此把电子枪提供的光斑直径进 一步会聚缩小，以便得到一束强度高，直径小，相干 性好的电子束。高性能电子显微镜一般采用双聚光镜 系统。 作用： ①会聚经加速管加速的电子束，以最小的损失照射样品； ②调节照明强度、孔径角和束斑大小。
(2)中间镜
改变中间镜的电流，如果把 中间镜的物平面和物镜的像 平面重合，电镜处于成像模 式，在荧光屏上得到试样的 形貌像。这就是电镜中的高 倍放大操作，如图(a)。
如果把中间镜的物平面和物 镜的后焦面重合，电镜处于 衍射模式，在荧光屏上得到 一幅电子衍射花样，这就是 电镜中的电子衍射操作，如 图(b)。
透射电镜的原理
透射电镜的原理透射电镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种利用电子束来观察样品内部微观结构的高分辨率显微镜。
它的原理是利用电子的波粒二象性，通过透射样品并对透射电子进行成像，从而获得样品内部的高分辨率图像。
透射电镜的原理主要包括电子发射、电子透射、成像和检测四个主要步骤。
首先是电子发射。
透射电镜使用的电子源通常是热阴极，通过加热阴极，使其发射出高速电子。
这些电子经过加速和聚焦后形成电子束，用于透射样品。
其次是电子透射。
电子束穿过样品时，会与样品中的原子核和电子发生相互作用，产生散射和吸收。
透射电子束的强度和方向会受到样品内部结构的影响，因此可以通过测量透射电子的强度和方向来获取样品的内部结构信息。
然后是成像。
透射电镜使用电磁透镜来对透射电子进行成像。
透射电子束通过样品后，会被透镜聚焦成一个细小的电子束，然后投射到感光底片或电子传感器上，形成样品的高分辨率图像。
最后是检测。
透射电镜的成像系统会将透射电子束转换成可见的图像，通过调节透镜和检测器的参数，可以获得不同对比度和分辨率的图像。
透射电镜的原理虽然简单，但是在实际操作中需要考虑许多因素，比如样品的制备、透射电子的能量、透镜的性能等。
同时，透射电镜的应用也非常广泛，可以用于生物学、材料科学、纳米技术等领域的研究。
总的来说，透射电镜的原理是利用电子的波粒二象性，通过透射样品并对透射电子进行成像，从而获得样品内部的高分辨率图像。
它的应用范围广泛，对于研究微观结构和纳米材料具有重要意义。
希望本文能够对透射电镜的原理有一个简要的了解。
透射电镜
1、负载型金属纳米粒子的 HRTEM表征 负载型金属催化剂的金属纳米粒子的尺寸、形状与催化剂 的活性密切相关, 通过 HRTEM研究上述信息具有重要意义。 在 HRTEM下,金属粒子的衬度受载体的制约,在由轻元素构 成的载体中,金属纳米粒子的分辨性又与粒子的原子序、 尺寸与载体厚度相关。通常情况下,金属越重 , 载体越薄, 则图像的衬度越高,可分辨性就越强。图中 PT的纳米簇, 甚至单原子PT均能清晰可辨
应
用
透射电子显微镜及相关技术在多相催化研 究中的应用
杨卫亚 , 沈智奇 , 王丽华 , 郭长友 , 季洪海 , 凌凤香 , 王丽 君 (中国石油化工股份有限公司 抚顺石油化工研究院, 辽宁 抚 顺 113001)
摘 要:工业多相催化剂是极其复杂的物理化学体系。 长期 以来, 工业催化剂的制备很大程度上依赖于经验和技艺, 而 难以从原子分子水平的科学原理方面给出令人信服的形成机 制。 为开发更高活性、 选择性和稳定性的新型工业催化剂, 通过各种表征技术对催化剂制备中的过程产物及最终产品进 行表征是一个关键性的基础工作。 在当前各种现代表征手段 中, 透射电子显微镜尤其是高分辨透射电子显微镜, 可以在 材料的纳米、微米区域进行物相的形貌观察、 成分测定和结 构分析, 可以提供与多相催化的本质有关的大量信息, 指导 新型工业催化剂的开发。 该文讨论了运用透射电子显微镜获 取催化剂中纳米结构信息的方法, 并综述了运用透射电子显 微镜表征多相催化剂方面的一些成果。
TEM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 使衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。 • 相位像：当样品薄至100Å以下时，电子可以穿过样品，波 的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。
电镜的基本原理(1)透射电镜
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在台湾只要往有山的道路上走一走，就随处都可看到「农 舍」变「精舍」，山坡地变灵塔，无非也是为了等到死后，
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透射电子显微镜的样品处理
样品的一般制备方法 1、粉末样品可将其分散在支持膜上进行观察。
2、直接制成厚度在100－200nn之间的薄膜样品，观 察其形貌及结晶性质。一般有真空蒸发法、溶 液凝固(结晶)法、离子轰击减薄法、超薄切片 法、金届薄片制备法。
3、采用复型技术，即制作表面显微组织浮雕的复形
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•
光学显微镜的分辨率为光波波长的一半(约为2000Å)，
眼睛的分辨率为0.2mm，因此光学显微镜最大放大倍数为
1000倍, 超过这个数值并不能得到更多的信息，而仅仅是
将一个模糊的斑点再放大而已．多余的放大倍数称为空放
大。
• 为了看清楚原子．电镜必须有优于2.5 Å的原子尺寸的 分辨率和50万~100万倍的放大倍数，否则就不能在底片 上记录下原子的存在。目前200kV电镜的技术水平已达到 放大倍数100万倍，点分辨率1.9 Å，晶格分辨率1.4 Å．目 前最高水平仪器的品格分辨率可达０.５ ．基本可以在底 片上记录下原于的存在，清晰地反映原子在空间的排列．
个原于的显微镜，并且还能进行纳米尺度的晶
体结构及化学组成分析，成为全面评价固体微 观结构的综合性仪器．
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电子显微镜利用电磁透镜使电子束聚焦成 像，具有极高的放大倍数和分辨率，可以洞察 物质在原子层次的微观结构．但是高聚物和生 物大的结构本身又容易在 电子束的照射下产生损伤，因此像的反差及清 晰度不高。英国医学研究委员会分子生物实验 室的A Klug博士，把衍射原理与电子显微学巧 妙地结合在一起，发展了一整套图像处理方法， 把生物标本的电子显微像的分辨率提高到可以 观察生物分子内部结构的水平．并用它研究了 核酸—蛋白质构成的染色体的结构，对细胞分 化和癌症起因的探讨起到了重要作用，因而获 得了1982年诺贝尔化学奖．这也为从分子水平 上阐明高聚物的结构和弄清高聚物结构与性能 的关系开辟了新的前景。
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电子光学部分
照明系统 主要由电子枪和聚光镜 组成，作用：是为成像 系统提供 一束亮度高、 相干性好的照明光源。 成像系统 主要由样品室，物镜， 中间镜和投影镜等装置 组成
照明 系统 样品室
成像 系统 观察 和记 录系 统
图象观察和记录系统 主要由荧光屏， 照相机，数据 显示等部件组 成
照明系统
阴极 • 作用是提供光源 （控制其稳定度、控制极 照明强度和照明 阳极 孔径角）；选择 电子束 照明方式（明场 或暗场成像）。 聚光镜
长期以来，透射电镜（TEM）被广泛地应用到现代科学技术各
领域，特别是应用在材料的微观结构特征的观察分析中。
经过七十多年的发展，今天的透射电 镜已是具有高达百万倍放大倍率，0.1— 0.2nm 分辨本领而且还能对几个纳米的微 小区域进行化学分析和晶体结构分析的 高放大率、高分辨率的电子光学仪器。
它已成为全面揭示物质微观特征（晶体
200KV；放大倍数2,000～1,500,000； 配有CCD相机，牛津公司的能谱
仪（EDS），美国GATAN公司的能量
损失谱仪（EELS）。
可观察的试样种类：复型样品；金属薄膜、粉末试样；玻璃薄膜、粉末试样；
陶瓷薄膜、粉末试样。 主要功能：JEM-2010属于高分辨型透射电镜，可以进行高分辨图像观察，位错 组态分析；第二相、析出相结构、形态、分布分析；晶体位向关系测定等。CCD相机 可以实现透射电子图像的数字化。能谱仪及能量损失谱仪可以获得材料微区的成分 信息。
透射电镜 (TEM)
JZM-2100透射电子显微镜
透射电镜的发展历程
1878 年，Abbe 指出光学显微镜分辨本领受到光波衍射的 限制，给出了表示光学显微镜分辨本领极限的公式。
1897 年，J.J. Thomson 证实了电子的存在，1924 年，德布
罗意提出微观粒子的波粒二重性原理，计算表明电子波长比可 见光波短得多，从而为电子显微镜能够获得更高的分辨本领提 供了理论依据。 M. Knoll 和 E. Ruska 于 1932 年发明了第一台电子显微镜。
物镜是最关键部分，透射电镜分辨本领的好坏在很大程度上取
决于物镜的优劣。物镜的最短焦距可达1mm，放大倍率～300
倍，最佳理论分辨率可达0.1nm，实际分辨率可达0.2nm。 物镜光阑加在物镜前，主要是为了缩小物镜孔径角的作用。 衬度光阑加在物镜后，可以提高振幅衬度作用。 中间镜和投影镜和物镜相似，但焦距较长。主要是将来自物镜 的电子象继续放大。
结构、形貌、化学成分等）的综合性仪 器，是现代固体科学（包括固体物理、 固体化学、固体电子学、材料科学、地 质矿物、晶体学等学科）研究工作中必
不可少的手段。
世界上第一台TEM
JEM-2010型透射电子显微镜
日本电子公司的产品。 性能指标是：晶格分辨率0.14nm；
点分辨率0.23nm；最高加速电压
如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。
粉末制样步骤：
a.将样品捣碎； b.将粉末投入液体，用超声波振动成悬浮液，液体 可以是水，甘油，酒精等，根据试样粉末性质而定； c.观察时，将悬浮液滴于附有支持膜的铜网上，待 液体挥发后即可观察。
TEM的应用
1、材料的微观结构分析 2、材料的成分判断 3、颗粒的生长过程
透射电镜的工作原理
入射电子
试样
透射电子 电子与试样作用产生的信息
荧光（阴极发光）：当入射电子与试样作用时，电子被电离，高能级的电子向低能 级跃迁并发出可见光称为荧光（阴极发光）。可以作为光谱分析。 特征X射线：入射电子与试样作用，被入射电子激发的电子空位由高能级的电子填 充时，其能量以辐射的形式放出，产生特征X射线。微区成分分析。 二次电子：入射电子射到试样以后，使表面物质发生电离，被激发的电子离开试样 表面而形成二次电子。二次电子能量较低，强度与试样表面的几何形状、物理和化 学性质有关。 背散射电子：入射电子与试样作用，产生弹性或非弹性散射离开试样表面的电子称 为背散射电子。能量较高，强度与表面形貌和组成元素有关。 俄歇电子(Auger Electron)：在入射电子束的作用下，试样中原子某一层电子被激发， 其空位由高能级的电子来填充，使高能级的另一个电子电离，这种由于从高能级跃 迁到低能级而电离逸出试样表面的电子称为俄歇电子。元素具有特征俄歇谱，轻元 素和超轻元素分析。 吸收电子：入射电子和试样作用后，由于非弹性散射失去了一部分能量而被试样吸 收，称为吸收电子。吸收电子与入射电子强度之比和试样的原子序数、入射电子的 入射角、试样的表面结构有关。 透射电子：当试样很薄时，入射电子与试样作用引起弹性或非弹性散射透过试样的 电子称为透射电子。
成像系统
中间镜
投影镜
观察记录系统 电源与控制系统
为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用，而 真空系统 不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子 枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空 度为 10-4~10-7 毫米汞柱。
样品室位于照明部分和物镜之间，一般还可以配置加热，冷却
和形变装置。
透射电镜的工作原理
第二相粒子
晶格测定 六角相Al5FeNi的选区电子衍射花样 金的多晶衍射谱
透射电镜的构造
透射电子显微镜（TEM）是利用电子的波动性来观察固体 材料内部的各种缺陷和直接观察原子结构的仪器，同时提供 物理分析和化学分析所需全部功能的仪器。 照明系统 物镜 电子光学系统 透 射 电 镜 的 构 成
试样
成像系统
成像系统的两个基本 操作是将衍射花样或 图像投影到荧光屏上。
由于物镜成像在中 间镜以前，因此中 间镜以物镜像为物， 所成图像在投影镜 前汇聚，投影镜以 中间镜像为物进行 投影。
透射电子显微镜样品制备
• 要求： • （1）供TEM分析的样品必须对电子束是透明的，通常样 品观察区域的厚度以控制在约100~200nm为宜。 • （2）所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析 材料的某些特征。因此，样品制备时不可影响这些特征，
TEM的应用
4、位错组态分析
5、第二相、析出相结构、形态、分布分析
谢谢