透射电子显微镜的成像原理
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。
TEM透射电子显微镜的成像原理
TEM透射电子显微镜的成像原理TEM（Transmission Electron Microscopy）是一种高分辨率的显微镜技术，主要用于研究材料的微观结构和组织。
TEM利用电子束而非光束，可以实现比光学显微镜更高的分辨率，能够观察到纳米级别的细节。
其成像原理可以分为电子光学原理和电子-物质相互作用原理两个方面。
首先，电子光学原理是TEM成像的基础。
TEM的光学系统由一个电子源、一系列透镜、标本和一个像屏组成。
电子源通常采用热阴极的方式，通过加热金属丝使其发射电子。
这些电子经过一系列透镜的聚焦作用，形成一个细束，并进入样品。
对于TEM而言，最重要的透镜是电磁透镜，通常是通过一对线圈产生的。
电磁透镜中的电磁场可以对电子束进行聚焦和对准，以便在样品上形成清晰的像。
透镜的设计和设置可以调整其聚焦能力和调制电子束的波前。
透射电子显微镜通常具有两个凸透镜，分别称为物镜和目镜。
物镜透镜在样品和像屏之间，起到聚焦电子束和收集被样品散射的电子的作用。
目镜透镜位于像屏和观察者之间，用于观察和放大图像。
其次，电子-物质相互作用原理也是TEM成像的重要部分。
透射电子在穿过样品时会与样品中原子的电子发生相互作用，这种相互作用会导致电子的散射和吸收。
根据散射和吸收的强弱，我们可以获得关于样品内部结构和组织的信息。
散射现象包括弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指电子与原子的表面电子或晶格电子发生碰撞而改变方向，但能量基本保持不变。
非弹性散射是指电子在与样品中的原子碰撞时损失或获得能量。
这些散射电子通过透镜被聚焦到像屏上，呈现出所观察到的图像。
通过分析散射电子的强度和角度，我们可以推断出样品中的晶体结构、物质的化学成分和其它细节。
吸收现象是指电子在穿过样品时被材料中的原子吸收。
这种吸收现象通常被用来确定材料的厚度和密度。
因此，TEM利用电子束与样品相互作用的方式，可以获得关于样品结构和组织的信息。
通过聚焦和收集散射电子，形成清晰的图像，进而研究材料的微观特性。
tem工作原理
tem工作原理
TEM（透射电子显微镜）工作原理是利用电子束穿透物质样
本并通过透射方式形成样本的显微图像。
TEM是一种高分辨
率的显微镜，可用于观察和研究非常细小的物质结构。
TEM的基本构造包括电子源、透镜系统和探测器。
首先，电
子源产生高能电子束。
然后，电子束通过一系列透镜系统，包括电子透镜和物镜透镜，来聚焦电子束并使其通过样本。
透过样本后，电子束进入投射透镜，再通过聚焦透镜，最后进入探测器。
在通过样本的过程中，一部分电子束会被样本中的原子核、电子等相互作用而散射出去，另一部分电子束则会透过样本并与探测器相互作用。
探测器收集到的透射电子信号会转化为电信号，并通过电子学系统进行放大和处理。
最终，这些电信号被转化为图像，并通过显示器或拍摄设备进行观察和记录。
TEM的工作原理基于电子的波粒二象性，在透明薄样品的情
况下，电子束的穿透性可以用来解析样本内部的微观结构。
TEM在分辨率方面具有很高的优势，可以观察到纳米级别的
细小结构和特征。
同时，TEM还可以通过调整电子束的能量，实现不同样本性质的观测，如原子分辨率、晶体结构、元素分析等。
总而言之，TEM的工作原理是通过电子束穿透样本，利用透
射方式形成样本的显微图像。
这种技术在材料科学、生物科学和纳米科技等领域具有重要的应用价值。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜的原理一、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。
二、扫描电子显微镜成像原理扫描电子显微镜通过用聚焦电子束扫描样品的表面来产生样品表面的图像。
电子与样品中的原子相互作用，产生包含关于样品的表面测绘学形貌和组成的信息的各种信号。
电子束通常以光栅扫描图案扫描，并且光束的位置与检测到的信号组合以产生图像。
扫描电子显微镜可以实现分辨率优于1纳米。
样品可以在高真空，低真空，湿条件（用环境扫描电子显微镜）以及宽范围的低温或高温下观察到。
最常见的扫描电子显微镜模式是检测由电子束激发的原子发射的二次电子。
可以检测的二次电子的数量，取决于样品测绘学形貌，以及取决于其他因素。
通过扫描样品并使用特殊检测器收集被发射的二次电子，创建了显示表面的形貌的图像。
它还可能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，鉴定样品的表面结构。
扩展资料：在使用透视电子显微镜观察生物样品前样品必须被预先处理。
随不同研究要求的需要科学家使用不同的处理方法。
1、固定：为了尽量保存样本的原样使用戊二醛来硬化样本和使用锇酸来染色脂肪。
2、冷固定：将样本放在液态的乙烷中速冻，这样水不会结晶，而形成非晶体的冰。
这样保存的样品损坏比较小，但图像的对比度非常低。
3、脱干：使用乙醇和丙酮来取代水。
4、垫入：样本被垫入后可以分割。
5、分割：将样本使用金刚石刃切成薄片。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜的原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察和研究物质的光学仪器。
与光学显微镜相比，透射电子显微镜具有更高的分辨率，能够观察到更小尺寸的物体和更细微的结构。
1.电子源：透射电子显微镜使用热阴极或冷场发射阴极作为电子源。
热阴极通过电子加热产生热电子，冷阴极则利用材料的特殊电子发射特性产生电子束。
2.透镜系统：透射电子显微镜使用一系列电磁透镜来控制和聚焦电子束。
其中包括准直透镜、对焦透镜、物镜透镜和投影透镜。
这些透镜通过调节电流和电压来控制电子束的聚焦和成像。
3.样品台：样品台是支撑和处理样品的平台。
它通常具有位置调节和倾斜功能，以使得样品的成像角度和位置能够被调整。
4.探测器：透射电子显微镜使用不同的探测器来测量透射电子的强度和散射电子的角度。
最常用的探测器是透射电子探测器和散射电子探测器。
5.图像显示系统：透射电子显微镜的图像显示系统通常由CCD摄像机和显示器组成。
CCD摄像机将透射电子的信号转化为电信号，并通过计算机处理后在显示器上显示。
透射电子显微镜的分辨率取决于电子波长。
与可见光相比，电子具有更短的波长，能够给出更高的分辨率。
透射电子的波长约为0.004纳米到0.1纳米，比可见光的波长小3个数量级。
因此，透射电子显微镜能够观察到比光学显微镜更小的物体和更细微的结构。
透射电子显微镜的应用广泛，包括材料科学、生物学、纳米技术等领域。
在材料科学中，透射电子显微镜可以用来观察和研究材料的晶体结构、晶格缺陷以及元素分布等。
在生物学中，透射电子显微镜可以用来观察和研究生物分子的结构和细胞的超微结构。
在纳米技术中，透射电子显微镜可以用来观察和研究纳米材料和纳米器件的性质和性能。
总而言之，透射电子显微镜通过利用电子束来观察和研究物质的原理，具有较高的分辨率和广泛的应用领域。
它在科学研究和工业生产中发挥着重要的作用，为我们提供了深入认识和理解微观世界的工具。
透射电镜衍射成像原理
透射电镜衍射成像原理
透射电镜是一种高级显微镜，利用电子束来成像样品的内部结构。
透射电镜的成像原理是基于电子的波粒二象性，电子具有波动性，因此可以产生衍射现象。
在透射电镜中，电子束通过样品时会发生衍射，通过观察样品衍射图样可以得到样品的内部结构信息。
透射电镜的成像原理主要包括以下几个方面：
1. 衍射：当电子束穿过样品时，与样品原子相互作用，会发生衍射现象。
电子束的波长通常在纳米级别，与可见光波长相当，因此可以得到高分辨率的图像。
样品的晶格结构会影响电子的衍射图样，通过分析衍射图样可以确定样品的晶格结构和原子排列。
2. 焦点：透射电镜的成像是通过电子透镜进行调焦来实现的。
透射电镜中的透镜由电磁场产生，可以调节电子束的聚焦和散焦。
透射电镜的透镜系统通常包括透镜、准直器和透镜孔径，通过调节透镜的参数可以获得清晰的电子图像。
3. 探测器：透射电镜的探测器通常是电子学传感器，可以将电子束转换为电子信号。
通过调节探测器的灵敏度和增益，可以获取高质量的电子图像。
透射电镜的探测器通常具有高灵敏度和低噪声，可以获取高分辨率的图像。
透射电镜的成像原理是基于电子的波粒二象性，通过电子的衍射现象和透镜系统的调焦来实现高分辨率的图像获取。
透射电镜在材料科学、生物学和纳米技术等领域具有重要的应用价值，可以帮助科学家研究样品的内部结构和性质。
透射电镜的发展将进一步推动科学研究的进步，为人类社会的发展做出贡献。
tem原理
tem原理
TEM原理。
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)是一种能够观察物质
微观结构的高分辨率显微镜，其原理基于电子的波动性和电子与物质相互作用的特性。
在TEM中，电子穿过薄样品并被聚焦成像，通过对电子的透射和散射来获取
样品的显微图像和结构信息。
TEM的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 电子发射和加速，TEM中使用的电子源通常是热阴极或场发射阴极，通过
加速电场将电子加速到较高的能量。
2. 电子透射和散射，加速后的电子穿过样品，与样品原子核和电子云相互作用，发生透射和散射。
透射电子主要用于形成样品的显微图像，而散射电子则提供有关样品成分和结构的信息。
3. 电子成像，透射电子通过透镜系统进行成像，形成样品的显微图像。
透射电
子显微镜具有较高的分辨率，可以观察到纳米级甚至更小尺度的结构。
4. 分析和图像处理，通过对透射电子显微图像的分析和处理，可以获取样品的
晶体结构、成分分布、缺陷等信息。
在TEM的工作过程中，需要考虑到电子束的聚焦、样品的制备和处理、成像
参数的选择等因素，以获得高质量的显微图像和可靠的结构分析结果。
此外，还需要注意样品的厚度和化学成分对电子的透射和散射的影响，以避免由于样品特性造成的成像和分析误差。
总的来说，透射电子显微镜是一种非常强大的工具，能够帮助科学家和工程师
观察和研究各种材料的微观结构和性质。
通过深入理解TEM的工作原理和技术细
节，可以更好地利用这一先进的显微分析技术，推动材料科学、纳米技术、生物医学等领域的研究和应用。
透射电子显微镜 原理
透射电子显微镜原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, 简称TEM）是一种利用电子束传递样品来获得细微结构的高分辨率显微镜。
它的原理是通过在真空中加速电子，将电子束通过光学透镜系统聚焦到样品上，并通过样品的透射情况来形成图像。
TEM的关键组件包括电子源、电子透镜系统、样品台、探测器和成像系统。
电子源产生的电子束经过一系列透镜系统（包括准直透镜、磁场透镜、投影透镜等），被聚焦到样品上。
样品位于一个特殊的样品台上，可以微调样品的位置和角度。
透射电子束通过样品后，部分电子被散射、散射和吸收。
散射电子和透射电子被探测器捕捉，并转化为电信号。
TEM的成像原理基于透射电子束与样品交互作用的差异。
样品内不同的区域对电子束有不同的散射、吸收和透射能力，导致不同的强度对比。
探测器会测量透射电子的能量和强度变化，并将其转换为光学图像。
最终，通过调节透射电子束的聚焦和探测参数，可以得到具有高分辨率的样品图像。
TEM具有极高的分辨率和能够观察样品内部结构的能力。
与光学显微镜相比，TEM利用电子束的波长远小于光的波长，可以克服光学显微镜的衍射极限。
因此，TEM可以观察更小的结构和更高的放大倍数。
此外，TEM还可以通过选定区域电子衍射（Selected Area Electron Diffraction, SAED）技术来研究晶体的晶格结构和材料的晶体学性质。
综上所述，透射电子显微镜通过控制电子束的聚焦和探测参数，利用透射电子与样品相互作用的差异，获得高分辨率的样品图像。
它是研究材料科学和纳米技术的重要工具。
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Fig. 1. (a) Selected area 140 nm diameter of image containing single S phase particle; (b) SAED pattern from the selected area; (c) fast Fourier transform of the image intensity in (d), the HRTEM image of the embedded particle in (a); (e) microdiffraction pattern of the precipitate and surrounding matrix.
运动学近似
完整晶体衍射强度
将薄晶体分成许多小的晶柱，晶 柱平行于Z方向。每个晶柱内都含 有一列元胞。
假设每个晶柱内电子衍射波不进 入其他晶柱，这样只要把每个晶 柱中的各个单胞的衍射波的和波 求出，则和波振幅的平方即为晶 柱下面P点衍射波强度。
各个晶柱下表面衍射波强度的差 异则构成衍衬度像源
完整晶体运动学柱体近似
Rn' Rn R
缺陷晶体衍射波合波的振幅为
F e2iKRn
K g s Rn' Rn R
完整晶体的衍 射强度公式
缺陷晶体衍射波合成振幅为
F e e 2isz 2igR
a 2 g R
是研究缺陷衬度的一个非常重要的参数
a 0, 表示g R
2 isz zn
g
n
n
写成积分形式
g
F
t e2isz z dz
0
ID
F2
sin2 szt sin2 sz
因为 sz 很小，所以可写为
ID
F2
sin2 szt sz 2
衍射波振幅的微分形式是
dg
i g
e2isx z dz
衍射波强度公式：
ID
2
2 g
sin2 szt sz 2
g
Vc cos Fg
式中
Vc －单胞体积 －衍射角之半
Fg －结构振幅
－电子波长
g －消光距离
等厚条纹
等厚条纹
衍射波强度：
ID
2
2 g
sin2 szt sz 2
g
Vc cos Fg
t 2 100 2102 nm 2nm
三、完整晶体中衍衬像运动学理论
对于晶体，衍衬像来源于相干散射，即来源于衍射波
1、有一个晶面严格满足布 拉格条件：双束条件
双束动力学近似
2、入射波与任何晶面都不 满足布拉格条件，假设：
a:透射波的强度几乎等于入 射波的强度；
b:衍射束不再被晶面反射到 入射线方向。
Fig. 2. TEM micrographs and corresponding diffraction patterns of the AA2324 alloy
in the WQ-270 condition: (a) bright field; (b) [0 0 1]Al SAD pattern of the S phase precipitate in dark contrast in (a) with surrounding matrix (the streaks emanating
暗场像的成像
暗场像：采用物镜光栏挡 住透射光束，只让一束衍 射光通过的成像。
2d sin
透过取向位置满足布拉格 关系的晶粒的电子束强度 强
透过取向位置不满足布拉 格关系的晶粒的电子束强 度弱
暗场像的成像
000 hkl
使光阑孔套住hkl斑点， 把透射束和其它衍射束 挡掉，在这种暗场成像 的方式下，衍射束倾斜 于光轴，故又称离轴暗 场。
(b)旋转Moiré 条纹
图3.66 Moiré条纹形成原理图(c)通常Moiré条纹
衍射衬度理论
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，同时又 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，唯一差别在于它们的晶 体位向不同。
晶体的衍衬像：由于晶体的取向不同，
000
导致各个晶粒对电子的衍射能力不同
所产生的衬度变化。
如何解释衬度的变化？
衍射衬度理论
from the brighter Al spots are an artefact due to camera saturation); (c) simulated
SAD pattern corresponding to (OR1). The rectangle corresponds to the range of (b).
透射电子显微镜的成像原理
透射电镜像
1、复型像：反映试样表面状态的像，衬 度取决于复型试样的原子序数和厚度； 2、衍衬像：反映试样内部的结构和完整 性，起源于衍射光束； 3、相衬像：由透射束和一束以上的衍射 束相互干涉产生的像。
2、衍射衬度像
晶体的衍衬像：由于晶体的取向不同，导致各个 晶粒对电子的衍射能力不同所产生的衬度变化。
明场像
暗场像
晶体中的取向：多晶、析出物、缺欠
多晶
析出物
共格
位错
半共格
非共格
二、衍衬像：明场像与暗场像
明场像的成像
明场像：采用物镜光栏挡 住所有的衍射线，只让透 射光束通过的成像。
2d sin
透过取向位置满足布拉格 关系的晶粒的电子束强度 弱
透过取向位置不满足布拉 格关系的晶粒的电子束强 度强
（s=常数，t变化）
等厚条纹
（s=常数，t变化）
试样斜面和锥形孔产生等厚条纹示意图
等厚条纹
（s=常数，t变化）
等厚条纹
（s=常数，t变化）
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。
衍射衬度理论简称为衍衬理论
运动学理论：不考虑入射波与衍射波 的相互作用
衍衬理论
动力学理论：考虑入射波与衍射波的 相互作用
三、完整晶体中衍衬像运动学理论
对于晶体，衍衬像来源于相干散射，即来源于衍射波
1、有一个晶面严格满足布 拉格条件：双束条件
双束动力学近似
2、入射波与任何晶面都不 满足布拉格条件，假设：
离轴暗场像的质量差， 物镜的球差限制了像的 分辨能力。
暗场像的成像
hkl 000
通过倾斜照明系统使入射 电子束倾斜2θB，让B晶粒 的( hk)l晶面处于布拉格 条件，产生强衍射，而物 镜光阑仍在光轴位置上， 此时只有B晶粒的 衍hkl 射束正好沿着光轴通过光 阑孔，而透射束和其它衍 射束被挡掉,这种方式称 为中心暗场成像方式。
位错运动的动态电子显微镜观察
左：具有最大衬度的刃位错像 g∥b 右：位错衬度趋于零 g⊥b
多相合金的衍射和衬度效应
1、第二相的衍射效应 （相界面）
共格
半共格
非共格
平行于电子束的片状沉淀产生的倒易杆
在s=0时可以看到条纹
s≠0时可以看到伪卫星斑点
(a)平行 Moiré 条纹
位错衍衬像
Dislocations in Ni-base superalloy
The micrograph shows the dislocation structure following creep, with dislocations looping around the particles
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。
四、不完整晶体中衍衬像运动学理论
处理畸变晶体方法：
1、把畸变晶体看成是局部倒易点阵矢量、或局部晶面间
距发生变化： g g g
2、把畸变晶体看成是完整晶体的晶胞位置矢量发生变化，
位置矢量由理想晶体
Rn xna ynb znc
其中 a ，b ，c 是单胞的基矢
对于所考虑的晶柱来说， xn yn 0
因此， P 0 处的合成波振幅为
g F e2iKRn F e2iKznc
n
n
K gs
s sxa syb szc
F e F e 2iKRn
Fine secondary γ’-particles are formed in the specimen
Fig. 10. The area containing thin Zr–C particles and tiny Zr-rich particles in the annealed specimen after creep test at 600 °C (100 MPa, 9160 h, total deformation 0.71%). Zone axis diffraction pattern of both matrix and thin plate-like Zr–C particles in the insert. Two matrix reflection vectors (D03 structure) are marked by arrows.
a:透射波的强度几乎等于入 射波的强度；
b:衍射束不再被晶面反射到 入射线方向。
运➢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：