4电子显微镜
第四章电子显微镜分析基础
电子束在电场作用下折射
静电透镜
第四章电子显微镜分析基础
磁透镜的聚焦原理
A D B
C
第四章电子显微镜分析基础
当一个电子在磁场中运动的时候 如果它平行于磁场的磁 力线方向 就不受外力影响
外力使电子在一个包含电子运动方向和垂直于磁力线方向 的平面上运动 如果磁场强度是常数 电子运动轨迹在垂 直于磁力线的平面上描绘出一个圆
第四章电子显微镜分析基础
特点内容
电子显微镜
光学显微镜
照射束
电子束（λ＝0.0037nm～∞）
光束（λ＝400nm～750nm）
媒质
真空（1.33×10-2～1.33×10-6Pa）
大气
透镜
电子透镜（电磁透镜）
光学玻璃透镜
分辨率
透射电镜为0.14nm，扫描电镜为 6nm
可见光区为200nm
放大倍数
10～105倍，连续可调
10～2000倍，更换透镜
景深
在1000倍时，景深约为30μm 在1000倍时，景深约为0.1μm
聚焦原理
电子聚焦
机械聚焦
主要图像 透射电子像，二次电子像，背散射 光学透射像，反射像及其他 电子像，吸收电子像，X射线面扫描 干涉像 像，X射线扫描像
图像特点 黑白反差的电子图像，高分辨原子 光吸收、反射、透过形成图像， 像，格子像以及各种衍射图像 产生七色光的颜色及干涉颜色
主要附件
（1）电子衍射装置，（2）特征X射线 （1）带偏光、反光附件，（2）
波谱仪，（3）特征X射线能谱仪，（4） 锥光附件，（3）费氏台及旋转
电子能量损失谱仪，（5）俄歇电子谱仪， 针，（4）热台及冷台，（5）油
电子显微镜技术
电子显微镜技术电子显微镜是一种利用电子束来观察和分析样品结构的高分辨率成像技术。
与传统光学显微镜相比，电子显微镜具有更高的分辨率和更强的成像能力，能够对物质内在结构进行更深入的研究。
电子显微镜技术的基本原理是将高速照射样品的电子束汇聚到一个小的焦点上，根据样品的反射、散射和透射等情况获得图像信息。
电子显微镜可以分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种。
透射电子显微镜是在真空中使用液氮冷却的电子枪产生电子束，并在样品中透过产生图像的电子透射。
其分辨率可以高达0.1纳米，是目前最高分辨率的显微镜之一。
扫描电子显微镜则通过扫描电子束在样品表面上的反射来形成图像。
这种方法具有更强的深度和表面过程信息的功能，可以实现针对特定样品的成像。
电子显微镜技术在材料科学、生命科学、物理学、化学、纳米科技和半导体技术等领域中都得到广泛应用。
在材料科学领域，电子显微镜技术可以实现对材料结构和物理性质的直接观察和分析，为材料结构与性能研究提供了强有力的工具。
在纳米科技领域，电子显微镜可以直接观察到纳米材料的微观结构，为研究纳米材料的性质和应用提供了基础。
在生命科学领域，透射电子显微镜被广泛应用于细胞结构和细胞器的研究。
通过电子显微镜的成像，可以获得细胞和分子的三维结构信息，为深入了解生命机制提供了基础。
除了成像外，电子显微镜还可以通过成分分析、晶体学等技术对样品进行分析。
利用电子显微镜与X射线衍射技术的结合，可以对晶体结构和材料相变等问题进行深入研究。
总之，电子显微镜技术在科学研究、新材料与新技术开发和工业生产等领域中扮演着重要的角色。
随着技术的不断进步，电子显微镜将进一步发挥其在研究和创新中的重要作用。
电子显微镜技术的原理及应用
电子显微镜技术的原理及应用随着科学技术的不断发展，各种分析和检测仪器也越来越精密。
电子显微镜便是其中一种技术应用广泛的仪器。
本篇文章将会探讨电子显微镜技术的原理及应用。
一、电子显微镜的原理电子显微镜简称电镜，是一种高分辨率的显微镜，采用的是电子束而不是光线。
电子束是由电子枪产生的，具有很高的能量和短波长，可以穿透物质的表面，再由电镜中的透射电子显微镜将其反射到显微镜的荧光屏上，从而形成高分辨率的图像。
电子束有束缚效应，因此需要电子镜的真空环境，可以将电子镜分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种。
透射电子显微镜通过样品制备薄片，并透过物质表面直接对内部结构进行拍照。
而扫描电子显微镜是通过扫描样品表面产生的二次电子信号进行成像。
由于有很高的分辨率和深部探测能力，在材料科学、生物学、化学以及地球科学中都得到了广泛的应用。
二、电子显微镜的应用1. 材料科学在材料科学的研究中，电子显微镜广泛用于制备和研究，可以精确地观察材料的微观结构。
电子显微镜的高分辨率特点可以精确地显示材料的晶格结构、界面、缺陷、成分以及在同一晶体中不同区域的微观结构。
2. 生物学电子显微镜在生物学中的应用可以揭示生物系统复杂的细胞和组织结构。
在生物学研究中，电子显微镜被用来研究细胞器、细胞膜、细胞核、细胞分裂和细胞膜运输，可以为研究生物系统和疾病提供重要的信息。
3. 化学在化学研究中，电子显微镜可以对材料的表面和组织结构进行研究。
电子显微镜的高分辨率可以精确地显示表面分子、配合物、晶格结构以及各种化学特征，可以为分子识别和分子作用研究提供有力的工具。
4. 地球科学在地球科学研究中，电子显微镜被广泛应用于研究矿物的晶体结构、成分、晶体缺陷和反应。
电子显微镜可以提供各种分析技术，如能谱分析、点分析和高分辨率成像，可以在矿物学、矿物资源开发、环境地球化学等领域提供各种诊断工具。
三、总结在本文中，我们讨论了电子显微镜技术的原理及其在材料科学、生物学、化学和地球科学等领域的应用。
电子显微镜校准操作说明书
电子显微镜校准操作说明书一、简介电子显微镜是一种高级的显微镜设备，能够通过电子束的投射和探测，观察微观世界中的细节。
为了获得精确的观察结果，校准操作是非常重要的。
本文将详细介绍电子显微镜的校准操作步骤。
二、设备准备1. 确保电子显微镜的电源已连接并打开。
2. 检查显微镜是否垂直摆放在平稳的工作台上。
三、相机校准1. 调整电子显微镜的电子束对准系统，使其垂直于样品表面。
2. 将目标样本放置在样品台上，确保其表面平整。
3. 在电子显微镜上选择相机模式，并将相机对焦到清晰的图像。
4. 使用校准样本（如标准网格）作为参考物，拍摄一张图像。
5. 导入图像到计算机软件中进行分析。
6. 在软件中进行尺寸校准，根据标准网格的已知尺寸设置比例尺。
7. 使用软件中的测量工具，测量校准样本上的特定距离。
8. 记录测量结果并计算电子显微镜的放大倍数。
9. 调整显微镜的放大倍数，直到校准样本上的测量结果与已知尺寸一致。
四、像素校准1. 使用已校准的相机模式进行准备。
2. 捕获一组带有已知尺寸的校准样本图像。
3. 导入图像到计算机软件中。
4. 在软件中选择像素测量工具，测量校准样本上的特定距离（以像素为单位）。
5. 计算每个像素的实际距离，并根据此计算出像素的大小。
6. 在电子显微镜软件或设置中调整像素大小，直到校准样本上的测量结果与已知尺寸一致。
五、电子束校准1. 使用已校准的像素和相机模式。
2. 放置一块高对比度的校准样本，在校准样本上选择一个特定的标记点。
3. 使用电子束对准系统将电子束对准到标记点上，确保电子束垂直于校准样本表面。
4. 快速扫描校准样本，观察标记点的清晰度和位置。
5. 根据需要微调电子束对准系统，直到标记点清晰且位置准确。
六、结论校准操作是电子显微镜使用中的必要步骤，能够确保观察结果的准确性和可靠性。
通过相机校准、像素校准和电子束校准，我们可以获得精确的放大倍数和测量结果，以及清晰的图像细节。
请按照本说明书中的步骤进行电子显微镜的校准操作，以获得最佳的观察效果。
电子显微镜使用方法
电子显微镜使用方法电子显微镜是一种高分辨率显微镜，可以用于观察微观结构和表面形貌。
以下是电子显微镜的使用方法：1. 准备样本：- 选择要观察的样本，确保它们具有透明性和导电性。
- 将样本切割成合适的尺寸，并进行必要的处理（如金属蒸镀）以增强导电性和对比度。
2. 打开电子显微镜：- 打开电子显微镜的电源开关，并等待一段时间，直至系统稳定。
3. 调整电子束参数：- 使用亮度调节旋钮调整电子束的亮度，使其适中但不过亮。
- 使用对比度调节旋钮调整电子束的对比度，以获得清晰的图像质量。
4. 定位样本：- 使用样本定位台将样本放入电子显微镜中，并通过移动台的控制器将样本定位在所需的位置上。
- 使用显微镜底部的光学系统进行粗略对焦，以确保样本大致清晰可见。
5. 精细对焦：- 使用电子显微镜的对焦装置（通常配有纳米级别的精细调节）对样本进行精细对焦，以获得最清晰的图像质量。
6. 图像观察：- 通过电子显微镜的视觉系统直接观察样本的图像。
- 根据需要，可以通过调整电子束参数和对焦进行优化，以获得更好的图像。
7. 图像记录：- 如果需要记录图像，可以使用电子显微镜的图像捕捉功能，将图像保存在计算机或其他存储设备中。
8. 清洁和关闭：- 使用清洁软布轻轻清洁样本和电子显微镜的表面。
- 关闭电子显微镜的电源开关，并遵循制造商提供的指示将设备关闭。
请注意，以上是电子显微镜的基本使用方法，具体的操作步骤可能因不同的电子显微镜型号而有所不同。
使用电子显微镜时，请务必按照制造商提供的操作指南进行操作。
电子显微镜的作用
电子显微镜的作用
电子显微镜是一种利用电子束的成像技术，可以高分辨率地观察和研究微观结构和表面形貌。
它在科学研究、工业生产和医学诊断等领域有着广泛的应用：
1. 科学研究：电子显微镜可以观察和研究各种材料的微观结构，包括晶体结构、原子排列和晶面的取向等。
它在材料科学、物理学、化学等领域的研究中发挥着重要作用。
2. 纳米技术：电子显微镜可以观察和研究纳米级材料的形貌和结构，对纳米级材料的合成、性质和应用有着重要的指导和促进作用。
3. 生物医学：电子显微镜可以观察和研究生物样品的超微结构，包括细胞、细胞器、细胞膜等。
它在生物学、医学等领域的研究中有助于深入了解生物体的组织结构和细胞功能。
4. 材料分析：电子显微镜可以观察和分析各种材料的表面形貌和组织结构，包括纳米粒子、金属表面、涂层等。
它在材料工程、表面科学、半导体工业等领域的质量控制、材料改良和新材料开发中发挥着重要作用。
总之，电子显微镜的作用是帮助科学家和研究人员观察和研究微观结构，提供详细的形貌和结构信息，促进各个领域的科学研究和工业应用。
电子显微镜原理
电子显微镜原理电子显微镜是一种利用电子束来观察物体的显微镜。
相较于光学显微镜，电子显微镜具有更高的放大倍数和更好的分辨率，可以观察到更小的物体细节。
本文将介绍电子显微镜的原理及其工作过程。
1. 电子显微镜的原理电子显微镜的原理基于电子的波粒二象性和其相对论性质。
根据德布罗意波动理论，物质粒子（包括电子）也具有波动性。
因此，电子束也可以像光波一样通过物质的干涉和衍射现象，从而实现对物体的观察。
2. 电子源电子显微镜的核心是电子源，它产生被加速并聚焦成束的电子。
常用的电子源包括热阴极电子源和场发射电子源。
热阴极电子源利用热释电子发射的原理。
通过加热钨丝或其他适当的材料，可以使材料上的电子越过离子势垒，从而形成电子束。
热阴极电子源可以提供高电子流密度，但需要较长的预热时间。
场发射电子源则利用电场加速电子直接从钨尖或碳纳米管等尖端发射出来。
场发射电子源具有更高的亮度和更短的预热时间。
3. 加速与聚焦系统电子显微镜中的加速与聚焦系统用于将电子束加速并将其聚焦到一个细小的区域。
加速电压的提高可以增加电子的动能，从而提高电子的穿透能力和分辨率。
聚焦系统主要由一组电磁透镜组成。
这些透镜通过调节磁场的分布，使得通过电场对电子束进行聚焦。
聚焦系统的调节可以改变电子束的聚焦深度和直径。
4. 样品台样品台用于容纳待观察的样品，并提供稳定的环境以保持样品的形态和性质。
样品台通常具有微调仪器，以便能够在显微镜下精确定位样品。
在电子显微镜中，样品通常需要进行特殊的处理，如金属涂层、冷冻或化学固定。
这些处理有助于提高样品的导电性和稳定性。
5. 探测器探测器用于接收从样品反射、散射或透射回来的电子束，并将其转化为图像。
最常用的探测器是荧光屏或光电倍增管。
当电子束击中探测器时，会产生光子或电子，并在探测器上形成亮点，从而形成显微镜图像。
除了荧光屏和光电倍增管，还有一些先进的探测器技术，如电荷耦合器件（CCD）和扫描探测器阵列（SEM）。
电子显微镜的使用方法
电子显微镜的使用方法引言：电子显微镜（Electron Microscope）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束代替光束来观察样品的微观结构。
它具有比传统光学显微镜更高的放大倍数和更好的分辨率，因而在科学研究、医学、材料学等领域具有广泛的应用。
下文将介绍电子显微镜的使用方法。
一、样品准备：在使用电子显微镜之前，首先需要准备样品。
样品应具有一定的导电性，通常需要进行金属薄膜镀覆或冷冻处理等预处理，以提高电子束在样品表面的反射能力。
同时，样品应保持干燥，以避免电子束散射和样品损坏。
二、仪器操作：1. 开启电子显微镜：在准备好样品后，需要先开启电子显微镜的电源，然后打开冷阱以减少杂散电子的干扰。
同时，调整好显微镜的高压和放大倍数，以获得所需的观察效果。
2. 样品装载：将样品放置在样品台上，并确保其稳定和正确对准。
有些电子显微镜还提供自动对焦功能，可帮助用户更轻松地获得清晰的观察图像。
3. 对样品进行预调：在进行观察之前，通常需要对样品进行预调，以获得最佳的成像效果。
预调包括对样品的倾斜、对比度和亮度进行微调，以及调整聚焦以使图像清晰。
4. 获取图像：调整好显微镜参数后，可以开始拍摄样品图像。
电子显微镜通常配备有数字图像捕获设备，将观察到的图像保存在电脑上。
用户可以设置不同的参数，例如放大倍数、曝光时间等，以获得不同清晰度和细节的图像。
三、图像处理与分析：在观察到图像后，通常需要对图像进行处理和分析，以获得更多信息和结论。
图像处理软件可用于增强对比度、去除噪声、采集三维数据等。
此外，还可以使用图像分析算法来定量评估样品的特征，例如颗粒大小、晶体结构等。
四、注意事项：1. 保持仪器干净：使用电子显微镜时，应保持仪器的清洁，定期擦拭显微镜和样品台表面，以避免灰尘和杂质的干扰。
2. 调整参数小心谨慎：在调整显微镜参数时，要小心谨慎地进行，避免对仪器造成损坏。
3. 穿戴合适的防护措施：在操作电子显微镜时，应穿戴适当的防护设备，例如手套、护目镜等，以避免对身体造成伤害。
电子显微镜的操作流程
电子显微镜的操作流程电子显微镜（Electron Microscope）是一种利用电子束取代光束来观察样品的高放大倍率显微镜。
它具有较高的分辨率和倍率，可以观察到微观尺寸下的细节结构。
本文将详细介绍电子显微镜的操作流程。
一、准备工作1. 清洁样品：将待观察的样品进行清洁和处理，确保表面无灰尘、污垢等杂质。
2. 准备导电涂层（可选）：对非导电样品进行导电涂层处理，以防止电荷聚集和伪像的产生。
3. 样品固定：将样品固定在样品台上，可以使用夹具、胶水或者碳膜等方法进行固定。
二、开机启动1. 打开电源：按下电源按钮，启动电子显微镜的电源。
2. 预热：将电子显微镜预热一段时间，通常需要几分钟的时间，以使设备达到稳定状态。
三、对焦调节1. 镜筒调节：旋转镜筒的焦距调节轮，使目标显微镜图像清晰。
2. 放大倍率设置：通过调节目标镜与物镜之间的距离，设置所需的放大倍率。
3. 样本位置调整：使用微动台控制样本的位置，使其位于所需观察位置。
四、图像获取1. 调节亮度和对比度：通过调节控制面板上的亮度和对比度按钮，使图像的亮度和对比度达到最佳状态。
2. 图像对齐：使用调焦和导线圈（stigmator）功能，调整图像的清晰度和对齐度。
3. 曝光时间设置：根据样品和放大倍率的需求，调整曝光时间，以获取清晰的图像。
4. 图像记录：根据实际需要，可以使用相机或者直接保存到电脑上，记录所获得的图像。
五、关机操作1. 关闭曝光器：操作之前，需先关闭曝光器，以防止曝光泄露。
2. 关闭取像软件：如果使用取像软件，需要先关闭软件。
3. 关闭电源：最后关闭电子显微镜电源。
六、清理和维护1. 清理样品台：及时清理样品台和夹具，确保下次使用时没有余留物。
2. 保养设备：定期保养电子显微镜，包括清洁镜头、调节机械部件和更换磨损的零件。
总结：通过上述操作流程，我们可以顺利地操作电子显微镜，并获得高质量的显微图像。
在实际操作中，需要注意安全操作，确保样品与设备的稳定性和可靠性。
浅谈电子显微镜的发展史
浅谈电子显微镜的发展史电子显微镜的发展史是一个不断探索和创新的过程，经历了多个阶段的演变和发展。
下面将详细介绍电子显微镜的发展历程。
1.早期的研究电子显微镜的发明可以追溯到19世纪末和20世纪初。
1873年，英国物理学家托马斯·克鲁克斯（Thomas Crookes）首先提出了电子显微镜的基本概念。
他认为电子在磁场和电场的作用下，可以形成一种类似于光线透镜的效果，从而实现对微小物体的放大。
然而，这一时期的科学家们并没有找到合适的方法来实现电子的聚焦和成像。
2.电子显微镜的初步研制20世纪初，科学家们开始尝试利用磁场和静电场来聚焦电子，并实现电子显微镜的初步研制。
1928年，德国物理学家恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）提出了利用磁透镜来聚焦电子的原理，并申请了相关专利。
随后，德国物理学家马克斯·克诺尔（Max Knoll）和帕斯卡·约尔丹（Pascal Jordan）进一步发展了这一思想，并成功研制出了世界上第一台电子显微镜。
3.电子显微镜的改进和发展在初步研制成功后，科学家们开始对电子显微镜进行不断改进和发展。
1931年，德国物理学家发现了电子与物质相互作用的现象，这一发现对于电子显微镜的发展具有重要意义。
随后，荷兰物理学家弗里茨·凡·昂德霍弗（Frits van den Ende）对电子显微镜进行了改进，提高了成像的质量和分辨率。
4.现代电子显微镜的诞生20世纪50年代和60年代，随着科学技术的发展，电子显微镜的分辨率得到了进一步提高。
在这一时期，科学家们发现了高分子薄膜作为衬底材料对提高电子显微镜分辨率的作用，这一发现被称为“薄膜技术”。
利用薄膜技术，科学家们成功研制出了现代电子显微镜，具有更高的分辨率和更广泛的应用范围。
5.电子显微镜的应用拓展随着电子显微镜技术的不断发展，其应用领域也得到了不断拓展。
如今，电子显微镜已成为生物学、医学、材料科学、地质学等多个领域中重要的研究工具。
利用电子显微镜观察微观世界
利用电子显微镜观察微观世界电子显微镜是一种利用电子束取代光来观察微观物体的仪器。
相比传统光学显微镜，电子显微镜具有更高的放大倍数和更好的分辨率，能够让我们更清晰地观察微观世界的细节。
本文将介绍电子显微镜的原理和应用，并通过几个具体实例来展示利用电子显微镜观察微观世界的重要性。
一、电子显微镜的原理电子显微镜利用电子束取代了传统光学显微镜中的光束。
电子束通过一系列磁透镜来聚焦和放大，然后通过样品表面发生的相互作用所引起的电子信号来形成图像。
与光学显微镜不同，电子显微镜的分辨率不受可见光波长的限制，可以观察到更小尺寸的物体和更细微的细节。
二、电子显微镜的应用1. 材料科学领域电子显微镜在材料科学中广泛应用，可以帮助研究人员观察材料的微观结构和性质。
例如，通过电子显微镜，可以观察到不同晶面的结构、微观缺陷以及原子尺寸和排列方式等信息，这对于研究材料的力学性能和电学性能等方面非常重要。
2. 生物学领域电子显微镜在生物学研究中扮演着重要角色。
通过电子显微镜，科学家们可以观察到细胞、细胞器和细胞内的超微结构。
例如，通过扫描电子显微镜，可以观察到细胞表面的微纹理、纳米级结构和微细病变等。
而透射电子显微镜则可以揭示更细微的细胞内部结构，比如细胞器的形态和位置等。
3. 纳米科学领域电子显微镜在纳米科学中起到了关键作用。
纳米材料具有特殊的物理和化学性质，但其微观结构对于传统光学显微镜来说过于微小而无法观察。
电子显微镜可以帮助科学家们观察和研究纳米材料的形貌、晶体结构、尺寸分布等。
这对于纳米材料的合成、性能优化以及纳米器件的设计和制备都具有非常重要的意义。
三、利用电子显微镜观察微观世界的重要性1. 提供更准确的信息相比传统光学显微镜，电子显微镜可以提供更准确、更详细的物体信息。
其高分辨率和高放大倍数可以让我们看到更多微观世界的细节，帮助科学家们更好地理解物质的性质和行为。
2. 推动科学研究的发展利用电子显微镜观察微观世界，拓展了我们对材料、生物和纳米科学的认识。
电子显微镜的原理特性和应用范围
电子显微镜的原理特性和应用范围1. 介绍电子显微镜（Electronic Microscope）是一种利用电子束取代光束进行成像的显微方法。
与传统光学显微镜相比，电子显微镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数，使得研究人员可以更详细地观察材料和生物样品的微观结构。
本文将介绍电子显微镜的原理、特性以及应用范围。
2. 原理电子显微镜的工作原理基于电子的波粒二象性和电子与样品之间的相互作用。
主要包括三个关键部分：电子源、透镜系统和检测器。
2.1 电子源电子源通常采用热阴极或冷阴极产生的热电子或场发射电子。
这些电子经过加速器加速，形成高速电子束。
2.2 透镜系统透镜系统由多个电子透镜构成，包括聚焦透镜、缺陷透镜和投影透镜等。
它们通过调节电子束轨迹和聚焦程度，控制电子束的聚焦和放大，从而形成清晰的样品图像。
2.3 检测器检测器用于接收和转换电子显微镜中的电子信号。
最常用的检测器是底片，通过测量底片上的暗场和亮场电子的位置和数量，得到样品的详细信息。
3. 特性电子显微镜具有以下几个主要特性：3.1 高分辨率由于电子的波长比光的波长要短得多，因此电子显微镜具有更高的分辨率。
通常，电子显微镜的分辨率可达到纳米级别，远远超过光学显微镜的分辨率。
3.2 大放大倍数电子显微镜的放大倍数可达到百万倍以上，可以观察到非常细微的结构和细节。
3.3 强大的深度探测能力电子束可以穿透样品较深的表面，对样品的内部结构和组织进行研究，具有强大的深度探测能力。
3.4 高对比度电子显微镜的图像对比度高，可以清晰地显示样品中的不同颗粒、晶体和结构，有助于进一步的分析和研究。
4. 应用范围电子显微镜广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术和医学等领域。
4.1 材料科学电子显微镜在材料科学领域的应用主要包括微观结构分析、晶体缺陷研究、材料成分分析、薄膜和纳米材料的表征等。
4.2 生物学电子显微镜在生物学研究中的应用主要包括细胞结构观察、蛋白质结构分析、病毒和微生物学研究等。
化学物质的电子显微镜
化学物质的电子显微镜电子显微镜（electron microscope）是一种重要的科学仪器，利用电子束与物质相互作用来产生高分辨率的显微图像。
相较于传统的光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率，可以更准确地观察和研究物质的微观结构。
在化学领域中，电子显微镜的应用十分广泛，可以帮助科学家深入了解化学物质的性质和结构。
一、扫描电子显微镜扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）是一种利用电子束扫描样品表面并测量出反射或散射的电子信号来形成图像的显微镜。
相比于传统的透射电子显微镜，SEM可以观察到样品表面的形貌和结构，并且具有较好的深度分辨率。
这一特点使得SEM在研究化学物质的表面性质和结构上发挥了重要作用。
二、透射电子显微镜透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）是一种利用电子束透射样品并通过对透射电子进行衍射或成像来观察样品内部结构的显微镜。
TEM可以实现极高的分辨率，能够观察到细微的物质结构，并对化学物质的晶格结构、成分和纳米级别的颗粒进行分析。
透射电子显微镜在研究化学物质的微观结构上有着不可替代的作用。
三、应用领域1. 纳米材料研究：电子显微镜可以观察到纳米材料的微观结构和形貌，从而研究纳米颗粒的组成、晶格结构和尺寸分布。
这对纳米材料的制备和改性具有重要意义。
2. 催化剂研究：电子显微镜可以帮助科学家观察和分析催化剂的微观结构和成分，进而研究催化剂的活性和稳定性，为合成更高效的催化剂提供理论依据。
3. 矿物学研究：电子显微镜可以对矿物样品进行高分辨率观察，揭示其晶体结构、成分及其内部的微观缺陷。
这对于研究矿物的形成和演化过程具有重要意义。
4. 生物化学研究：电子显微镜可以观察生物大分子（如蛋白质、核酸等）的微观结构，揭示生物分子与化学物质的相互作用关系，进而促进药物研发和生物化学领域的发展。
四、电子显微镜的发展随着科学技术的不断进步，电子显微镜的分辨率和成像质量也在不断提高。
电子显微镜原理图
电子显微镜原理图
电子显微镜（Electron Microscope）是一种利用电子束来观察
物质的显微镜。
它的工作原理是利用电子的波粒二象性，通过聚焦电子束和物质相互作用的方式来得到高分辨率的样品图像。
电子显微镜由电子源、透镜系统、样品台、探测器等组成。
电子源一般采用热丝或阴极发射电子源，产生的电子经过加速器加速后，进入透镜系统。
透镜系统由一系列透镜组成，包括聚焦透镜、准直透镜和缺陷透镜等。
这些透镜能够精确控制电子束的聚焦和偏转，以便形成清晰的像。
样品台是放置待观察样品的平台，上面可以固定和调整样品的位置和角度。
电子束照射到样品上时，会与样品中的原子、分子相互作用。
这些相互作用产生的信号可以通过探测器进行检测和记录。
常见的探测器有二次电子探测器和背散射电子探测器等。
电子显微镜能够达到很高的分辨率，可以观察到亚微米甚至纳米级的物质细节。
这得益于电子具有很短的波长，远远小于可见光的波长，使得电子显微镜有更高的分辨率。
同时，电子束的聚焦和偏转系统也使得显微镜具有更好的成像效果。
6.第四章电子显微结构和原理(TEM)
电子透镜根据其结构又可分为三种类型：即 开启式磁透镜、屏蔽式磁透镜 和带极靴的强磁 透镜。 开启式磁透镜：这种透镜是由无铁壳的薄 线圈通以电流构成，对电子 束的作用和一个薄的玻璃透 镜相似，现在不用了。 屏蔽式磁透镜：它
是在线圈外面加了铁壳， 内边留有空隙，铁壳用 软铁等导磁材料制成。
这种透镜对电子束的汇聚能力较弱，一般用作 电镜中的弱透镜。 带极靴的强磁透镜：这种透镜是在屏蔽 式磁透镜的空隙处加入极靴，可以使磁场更集 中，对电子束的汇聚能力更强。因此它是一种 强励磁透镜。极靴是 用高导磁材料做成的， 一般是用纯铁或铁钴 合金（钴含量为50％ ～40％），极靴有上 下两个可以做成不一样的，以改变透镜对电子束 的汇聚性能。
四、真空系统
1、功能：保证镜筒内始终处于高真空，使照明
电子束不发生运动轨迹的改变，确保电子显微镜 的正常工作。
如果电镜的真空度不好会造成如下 问题的发生： 1、照明电子与空气分子发生踫撞改 变运动轨迹，产生空间放电，使高压加 不上或图像的衬度降低。 2、灯丝氧化烧断，缩短使用寿命。 3、引起栅极和阳极间空气分子电离， 发生极间放电，造成照明电子束不稳定， 图像质量下降。 4、造成样品污染和损伤加重。
1934年他们就把分辨率提到了50nm。
电子显微镜分为
透射电镜（Transmission Electron Microscope 简 称TEM)和扫描电镜(Scanning Electron Microscope 简称SEM)两大类。
日立H－800透射电镜
日立S－570扫描电镜
1939年德国生产出了第一台商品透射电子显 微镜。 1940年美国生产出了他们国家第一台透射电 子显微镜。 1941年日本的东升生产出了日本的第一台透 射电子显微镜。 1942年英国剑桥大学生产出了英国第一台透 射电子显微镜。 1965年英国剑桥大学生产出了世界上第一台 扫描电子显微镜，分辨率为50～100nm,放大倍数 只有几十倍到10000倍。
电子显微镜和光学显微镜有什么区别
电子显微镜和光学显微镜有什么区别电子显微镜和光学显微镜有什么区别1、成像原理不同光学显微镜的基本原理是利用被检样品的不同结构吸收光线的不同特点，以亮度差的形式呈现样品的物像。
在电子显微镜中，利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产行各种物理信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。
2、照明源不同光学显微镜的照明源是可见光(日光或灯光)，而电子显微镜所用的照明源是电子枪发出的电子流，由于电子流的波长远短于光波波长，故电子显微镜的放大及分辨率显着地高于光镜。
3、透镜不同电子显微镜中起放大作用的物镜是电磁透镜(能在中央部位产生磁场的环形电磁线圈)，而光学显微镜的物镜则是玻璃磨制而成的光学透镜。
电子显微镜中的电磁透镜共有三组，分别与光学显微镜中聚光镜、物镜和目镜的功能相当4、景深一般光学显微镜的景深在2-3um之间，因此对样品的表面光滑程度具有极高的要求，所以制样过程相对比较复杂。
扫描电镜的景深则可高达几个毫米，因此对样品表面的光滑程度几何没有任何要求，样品制备比较简单，有些样品几何无需制样。
体式显微镜虽然也具有比较大的景深，但其分辨率却非常的低。
5、所用标本制备方式不同电子显微镜观察所用组织细胞标本的制备程序较复杂，技术难度和费用都较高，在取材、固定、脱水和包埋等环节上需要特殊的试剂和操作，还需将包埋好的组织块放人超薄切片机切成50~100nm厚的超薄标本片。
而光镜观察的标本则一般置于载玻片上，如普通组织切片标本、细胞涂片标本、组织压片标本和细胞滴片标本。
6、分辨率光学显微镜因为光的干涉与衍射作用，分辨率只能局限于2-5um之间。
电子显微镜因为采用电子束作为光源，其分辨率可达到1-3nm之间，因此光学显微镜的组织观察属于微米级分析，电子显微镜的组织观测属于纳米级分析。
7、应用领域光学显微镜主要用于光滑表面的微米级组织观察与测量，因为采用可见光作为光源因此不仅能观察样品表层组织而且在表层以下的一定范围内的组织同样也可被观察到，并且光学显微镜对于色彩的识别非常敏感和准确。
电子显微镜简介及操作
1、电镜在生物医学中的应用 在40年代，电镜在病毒学、细胞生物学、 组织学、病理学、分子生物学、分子病理学等 方面都发挥了重要作用，使生物医学和生命科 学的研究水平更进一步。近几十年来，电镜技 术从医学基础理论的研究逐渐扩大到临床医学
（b1）、 分辨率极高 100万倍。 点分辨率0.2-0.3nm，
晶格分辨率0.1-0.2nm。放大倍率可以达到80（b2）、图像特点 C、应用范围
细胞内的微细结构、大分子结构、生物膜的超 微结构等。
视野小、二维结构的平面
图形。超低倍图像，视野大。
广泛用于以生物样品局部切面的微细结构、
JEM-1200
第三节、与电镜有关的几个基本概念
1、电镜的度量单位
（1）光镜观察内容 一般小于0、1mm、大于1um的结构，包括 细胞、细胞核和其它一些大的细胞器、细菌 。 （2）电镜观察的内容 小于1um大于数纳米的结构，包括细胞内成
分、病毒和大分子等的结构。
电镜用的度量单位是微米（um）和纳米（nm）。相 互关系为 电 镜 长 度 的 剂 量 单 位
氧化锇的穿透深度为0.25mm，戊二醛的穿透
—
深度0.5mm，所以取材时0.5-1.0mm³ 是理想
的尺寸。
D、低温取材
4℃条件下取材，防止细胞自溶
E、防止损伤：取材前作好准备，用铅笔写
好实验标号。取材器具要锋利，动作轻巧 ，防止挤压造成细胞的损伤
样 品 取 材 示 意 图
的实际应用，对疾病病因的探索，病情的转归；
肿瘤的早期诊断，血液病和肾脏病的分型诊断
已经取得了显著的成效。
电镜在确定肿瘤细胞的组织发生，类型和分化
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发射深度(nm) 5~50
100~1000
500~5000 0.5~2
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❖ 扫描电镜的景深是指在样品深度方向可能观察 的程度。在电子显微镜和光学显微镜中，扫描 电镜的景深最大，对金属材料的断口分析具有 特殊的优势。
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二、放大倍数及有效放大倍数
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❖ 二次电子象是一种无影象，这对观察复杂表面 形貌是有益的。如果样品是半导体器件，在加 电情况下，由于表面电位分布不同也会引起二 次电子量的变化，即二次电子象的反差与表面 电位分布有关。这种由于表面电位分布不同而 引起的反差，称为二次电子象电压反差，利用 电压反差效应研究半导体器件的工作状态（如 导通、短路、开路等）是很有效的。
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三、成象原理
❖ 在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，一般经过 三个电磁透镜聚焦后，形成直径为0.02~20m的电子 束。末级透镜（也称物镜，但它不起放大作用，仍是 一个会聚透镜）上部的扫描线圈能使电子束在试样表 面上作光栅状扫描。
❖ 试样在电子束作用下，激发出各种信号，信号的强度 取决于试样表面的形貌、受激区域的成份和晶体取向， 置于试样附近的探测器和试样接地之间的高灵敏毫微 安计把激发出来的电子信号接收下来，经信号处理放 大系统后，输送到显象管栅极以调制显象管的亮度。
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第七节 样品制备
❖ 扫描电镜样品可以是块状，也可以是粉末；样 品或样品表面要求有良好的导电性，对于导电 性差或不导电的样品，需真空镀膜（镀金）。
❖专用扫描电镜，其样品尺寸可以比较大： 25mm20mm。
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五、俄歇电子
❖ 从距样品表面几个Å深度范围内发射的并具有 特征能量的二次电子，能量在50～1500eV之间。 俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。
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六、特征X射线
❖ 样品中原子受入射电子激发后，在能级跃迁过 程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电 磁波辐射，其发射深度为0.5~5m范围。
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二、扫描电镜与透射电镜的主要区别
❖ 1. 扫描电镜电子光学部分只有起聚焦作用的会聚透镜， 而没有透射电镜里起成象放大作用的物镜、中间镜和 投影镜。这些电磁透镜所起的作用在扫描电镜中是用 信号接受处理显示系统来完成的。
❖ 2. 扫描电镜的成象过程与透射电镜的成象原理是完全 不同的。透射电镜是利用电磁透镜成象，并一次成象； 扫描电镜的成象不需要成象透镜，它类似于电视显象 过程，其图象按一定时间空间顺序逐点形成，并在镜 体外显象管上显示。
❖ 扫描电子显微镜的成象原理和光学显微镜、透射电子 显微镜均不同，它不是以透镜放大成象，而是以类似 电视摄影显象的方式、用细聚焦电子束在样品表面扫 描时激发产生的某些物理信号来调制成象，近年扫描 电镜多与波谱仪、能谱仪等组合构成用途广泛的多功 能仪器。
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第一节 电子束与固体样品相互作用
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二、背散射电子原子序数衬度原理
❖ 背散射电子产额随原子序数增大而增多，如图。 在进行图象分析时，样品中重元素区域背散射 电子数量较多，呈亮区，而轻元素区域则为暗 区。
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三、背散射电子检测器工作原理
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一、背散射电子形貌衬度特点
❖ 背散射电子能量较高，多数与入射电子能量相 近。在扫描电镜中通常共用一个检测器检测二 次电子和背散射电子，通过改变检测器加电情 况，可实现背散射电子选择检测，由于背散射 电子基本上不受收集栅电压影响而直线进入探 测器，所以有明显的阴影效应，呈象时显示很 强的衬度，但会失去图象的许多细节。如图。
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第二节 扫描电镜结构原理
❖ 结构组成 ❖ 扫描电镜与透射电镜
的主要区别 ❖ 成象原理
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一、结构组成
❖ 组成：电子光学系统、信号接受处理显示系统、 供电系统、真空系统。
❖ 结构原理图如图。
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❖ 背散射电子检测器的工作原理如图。A和B表示 一对半导体硅检测器，将二者收集到的信号进 行处理：
❖ 二者相加，得到成份象； ❖ 二者相减，得到形貌象。
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第六节 其它信号图象
❖ 扫描电镜图象还有吸收电子象、扫描透射电子象、阴 极荧光象和电子感应电动势象，以及X射线显微分析 等。
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二、背散射电子
❖ 是指被固体样品原子反弹回来的一部分入射电 子，它来自样品表层0.1~1m深度范围，其能 量近似于入射电子能量，背散射电子产额随原 子序数的增加而增加，如图。利用背散射电子 作为成象信号不仅能分析形貌特征，也可用来 显示原子序数衬度，定性地进行成份分析。
第十四章 扫描电子显微镜
❖电子束与固体样品相互作用
❖扫描电镜结构原理
❖主要性能指标
❖二次电子图象衬度原理及其应用
❖背散射电子图象衬度原理及其应用
❖ 其它信号图象
❖扫描电镜操作
样品制备 2020/4/14 ❖
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❖ 主要优点：放大倍数大、制样方便、分辨率高、景深 大等
❖ 目前广泛应用于材料、生物等研究领域
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❖ 分辨本领与景深 ❖ 放大倍数及有效放大倍数 ❖ 主要仪器
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一、分辨本领与景深
❖ 扫描电镜的分辨本领有两重含义：
❖ 对于微区成份分析而言，它是指能分析的最小区域； ❖ 对于成象而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。
❖ 两者主要取决于入射电子束的直径，但并不等于直 径，因为入射电子束与试样相互作用会使入射电子 束在试样内的有效激发范围大大超过入射束的直径， 如图。入射电子激发试样内各种信号的发射范围不 同，因此各种信号成象的分辨本领不同（如下表）。
如图，当高能电子束轰
击样品表面时，由于入 射电子束与样品间的相 互作用，99％以上的入 射电子能量将转变成热 能，其余约1％的入射电 子能量，将从样品中激 发出各种有用的信息， 它们包括：
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一、二次电子
❖ 二次电子是被入射电子轰击出来的核外电子， 它来自于样品表面100Å左右(50~500Å)区域，能 量为0～50eV，二次电子产额随原子序数的变 化不明显，主要决定于表面形貌。
❖ 吸收电子的产额与背散射电子相反，样品的原子序数越小， 背散射电子越少，吸收电子越多；反之样品的原子序数越大， 背散射电子越多，吸收电子越少。因此，吸收电子象的衬度 是与背散射电子和二次电子象的衬度互补的。如图为球墨铸 铁的背散射电子和吸收电子象。
❖ 电子感应电动势象是半导体器件所特有的，常用来显示半导 体、绝缘体的表面形貌、晶体缺陷、微等离子体和P－N结。
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二、二次电子形貌衬度的应用
❖ 断口分析
❖ 沿晶断口 ❖ 韧窝断口 ❖ 解理断口 ❖ 纤维增强复合材料断口
❖ 表面形貌分析 ❖ 材料变形与断裂动态过程的原位观察
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第五节 背散射电子图象衬度原理
❖ 背散射电子形貌衬度特点 ❖ 背散射电子原子序数衬度原理 ❖ 背散射电子检测器工作原理
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❖ 由于显象管中的电子束和镜筒中的电子束是同 步扫描的，显象管上各点的亮度是由试样上各 点激发出来的电子信号强度来调制的，即由试 样上任一点所收集来的信号强度与显象管荧光 屏上相应点亮度是一一对应的。
❖ 通常所用的扫描电镜图象有二次电子象和背散 射电子象。
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三、透射电子
❖ 当样品足够薄时(0.1m)，透过样品的入射电 子即为透射电子，其能量近似于入射电子的能 量。
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四、吸收电子
❖ 残存在样品中的入射电子。若在样品和地之间 接入一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品 对地的信号，这个信号是由吸收电子提供的。
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表14-1 各种信号成象的分辨本领
信号 二次电子 背散射电子 吸收电子 透射电子 感应电动势 阴极荧光
X射线 俄歇电子
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分辨率(nm) 5~10
50~200 100~1000
0.5~10 300~1000 300~1000 100~1000
大倍数称为有效放大倍数M有效：
M有效＝人眼分辨本领／仪器分辨本领
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第四节 二次电子图象衬度原理