电子显微
电子显微分析
（3）电子光学可仿照几何光学把电子运动轨迹看成射线，并由此引入一 系列的集合光学参数来表征电子透镜对于电子射线的聚焦成像作用。
但应注意电镜中的电子光学：
（1）是真空中的静场，即电、磁场与时间无关，且处于真空中。
（2）入射的电子束轨迹必须满足离轴条件：
|
r
|2
0
(1)
dr
2
1
(2)
dz
• 旋转对称的 磁场对电子束有聚焦作用，能使电子束聚焦成像。产生这 种旋转对称非均匀磁场的线圈装置就是磁透镜。
• 目前电子显微镜中使用的是极靴磁透镜，它是在短线圈、包壳磁透镜的 基础上发展而成的。
• 磁透镜的作用使入射电子束聚焦成像。几种磁透镜的作用示意图如下：
• 磁透镜与静电透镜的比较：
磁透镜与静电透镜都可以作会聚透镜，但现代所有的透射电镜除电子光源外都 用磁透镜做会聚镜，主要因为：一是磁透镜的焦距可以做得很短，获得高 的放大倍数和较小的球差；二是静电透镜要求过高的电压，使仪器的绝缘 问题难以解决。
1. 电子在静电场中的运动
电子在静电场中受到电场力的作用将产生加速度。初速度为0的自由电 子从零电位到达V电位时，电子的运动速度v为：
v 2eV
(10)
m
即加速电压的大小决定了电子运动的速度。当电子的初速度不为零、
运动方向与电场力方向不一致时，电场力不仅改变电子运动的能量，
而且也改变电子的运动方向。如图1
近一、二十年，出现了联合透射、扫描，并带有分析附件的分析电镜。 电镜控制的计算机化和制样设备的日趋完善，使电镜成为一种既观察 图象又测结构，既有显微图象又有各种谱线分析的多功能综合性分析 仪器。
80年代后，又研制出了扫描隧道电镜和原子力显微镜等新 型的电子显微镜。 我国自1958年试制成功第一台电镜以来，电镜的设计、制 造和应用曾有相当规模的发展。主要产地有北京和上海。 但因某些方面的原因，国产电镜逐渐被进口电镜取代。
光学显微镜和电子显微镜的区别
光学显微镜和电子显微镜的区别光学显微镜和电子显微镜在许多方面都有显著的区别。
下面将从定义、工作原理、分辨率、应用领域和局限性五个方面来详细讨论这两种显微镜的区别。
一、定义光学显微镜：光学显微镜是一种利用可见光和光学透镜成像的显微观察工具，其放大倍数一般在20到2000倍之间。
电子显微镜：电子显微镜（通常简称为电镜）是一种利用电子束和电磁透镜成像的显微观察工具，其放大倍数一般在数千到数十万倍之间。
二、工作原理光学显微镜：光学显微镜的工作原理主要是基于凸透镜的成像原理。
光线通过显微镜的镜头后，由凸透镜将光线聚焦并形成物体的放大图像。
电子显微镜：电子显微镜则是利用电子枪发射电子束打到样品上，然后通过电磁透镜将电子束聚焦并形成物体的放大图像。
由于电子的波长比光子短，因此电子显微镜能够获得比光学显微镜更高的分辨率。
三、分辨率光学显微镜：由于可见光的波长限制，光学显微镜的分辨率受到限制，通常最大分辨率约为0.2微米。
电子显微镜：由于电子的波长比光子短，因此电子显微镜具有更高的分辨率。
在最佳条件下，现代电子显微镜的分辨率可以低于0.1纳米。
四、应用领域光学显微镜：光学显微镜在许多领域都有广泛的应用，如生物学、医学、地质学、化学等。
例如，生物学家可以用光学显微镜观察细胞结构，医学工作者可以用它观察病理切片。
电子显微镜：电子显微镜主要用于观察微小的物体结构，如材料科学中的晶体结构、生物学中的病毒和细菌等。
此外，电子显微镜还可以用于观察样品的内部结构，这是光学显微镜无法做到的。
五、局限性光学显微镜：虽然光学显微镜具有广泛的应用，但在观察微小物体或高分辨率成像时可能会受到限制。
此外，由于可见光的限制，光学显微镜无法观察到某些非透明样品。
电子显微镜：虽然电子显微镜具有很高的分辨率，但它需要非常昂贵的设备和专业的操作技能。
此外，由于电子束对样品的穿透能力有限，因此在对厚样品进行成像时可能会受到限制。
同时，由于电子显微镜需要真空环境工作，因此对于某些需要在自然环境条件下观察的样品（如生物活体）可能不太适用。
电子显微镜
透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚 焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上。 中间镜主要通过对励磁电流的调节，放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍；改变中间镜的焦距，即可在同 一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像。
因此，透射电子显微镜突破了光学显微镜分辨率低的限制，成为了诊断疑难肿瘤的一种新的工具。有研究报 道，无色素性肿瘤、嗜酸细胞瘤、肌原性肿瘤、软组织腺泡状肉瘤及神经内分泌肿瘤这些在光镜很难明确诊断的 肿瘤，利用电镜可以明确诊断电镜主要是通过对超微结构的精细观察，寻找组织细胞的分化标记，确诊和鉴别相 应的肿瘤类型。细胞凋亡与肿瘤有着密切的关系，电镜对细胞凋亡的研究起着重要的作用，因此利用电镜观察细 胞的超微结构病理变化和细胞凋亡情况，将为肿瘤的诊断和治疗提供科学依据。
电子显微镜
光学仪器Βιβλιοθήκη 01 组成03 参数 05 缺点
目录
02 种类 04 样本处理 06 应用
基本信息
电子显微镜，简称电镜，英文名Electron Microscope（简称EM），经过五十多年的发展已成为现代科学技 术中不可缺少的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，光学显微镜的分辨率为0.2μm，透射电子显微镜 的分辨率为0.2nm，也就是说透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。
生物学
在分子生物学、分子遗传学及遗传工程方面的研究；昆虫分类的研究：人工合成蛋白质方面的研究以及对各 种细菌；病毒、噬菌体等微生物的研究 。
电子显微学技术
电子显微学技术电子显微学技术是一种利用电子束代替光束进行成像的方法，从而能显现出超乎普通光学显微镜的高精度结构细节。
这种技术在科学研究和工业生产中都有重要应用。
以下分别对其原理、种类及应用进行具体介绍。
一、电子显微学技术原理电子显微镜工作的主要原理是：利用电子枪出射的高能电子束射向样品，通过电子与样品原子之间的相互作用，使电子产生各种散射现象，然后利用电子透镜系统收集这些散射电子，形成显微图像。
由于电子的波长远小于可见光，所以电子镜的分辨率比光学镜要高得多。
二、电子显微学技术种类电子显微学技术主要有两种类型，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。
1、扫描电子显微镜（SEM）SEM中的电子束以点状扫描样品表面，依据其反射、透射等情况，将逐点信息转化为电信号，然后经电子显微镜信号转换器转化为图像信号。
2、透射电子显微镜（TEM）TEM的工作原理是让一束电子束穿透薄膜样品，对穿透后的电子束进行成像，由此获取样品内部的结构信息。
其图像反映样品中的电子密度分布差异，能获得比SEM更高的分辨率。
三、电子显微学技术应用电子显微学技术广泛应用于许多科研领域和工业生产过程。
在科研领域中，电子显微学技术常用于生物学、医学、材料学等方向。
比如在研究生物样本时，可以通过电子显微学技术研究细胞内部的超微结构；在医学中，可以对疾病细胞进行观察，对病原体进行定位；在材料科学中，可以对材料微观结构、晶格缺陷等进行检测和分析。
在工业生产中，电子显微技术广泛应用于半导体工业、纳米科技、新材料研发等领域。
比如在半导体芯片的生产过程中，可以通过电子显微镜观察芯片的微观结构，保证生产质量；在纳米科技中，可以用于观察纳米材料的形态和结构，推动材料性能的提升。
综上，电子显微学技术利用电子束替代光束，达到超乎光学显微镜的高精度观察，应用广泛，为科研和工业生产提供了强大的工具。
尽管这项技术仍面临一些挑战，例如样品制备的困难，设备成本的高昂，但随着科研进步和技术发展，其性能及应用将进一步得到提升。
显微学中的电子显微技术研究
显微学中的电子显微技术研究随着现代科技的不断发展和进步，研究人员对显微学领域的电子显微技术的研究也日益深入。
电子显微技术是一种应用电子束、像差校正和成像处理等技术来对样品进行高分辨率成像和分析的方法。
它可以提供比传统光学显微镜更高的分辨率，可以让我们了解原子结构和成分分布等信息。
本文将从三个方面介绍电子显微技术在显微学中的应用。
一、透射电子显微技术透射电子显微技术是一种通过将电子束透射样品来成像的技术。
电子束从样品的一侧进入，并穿过样品到达另一侧，最后通过透射电子显微镜的探测器进行成像。
透射电子显微技术具有非常高的分辨率，常常可以显示出达到10纳米以下的细节。
透射电子显微技术在材料科学、纳米材料研究、肿瘤学等领域都有广泛的应用。
在材料科学中，透射电子显微技术可以用于显示纳米颗粒的内部结构和表面形貌。
这使得我们能够了解纳米材料的生长机制和性能，为设计和制造高性能材料提供了更多的信息和可能性。
在肿瘤学中，透射电子显微技术可以用于显示细胞的内部结构和化学成分，从而更好地理解肿瘤细胞的构成和行为。
二、扫描电子显微技术扫描电子显微技术是一种通过电子束扫描样品来成像的技术。
电子束从扫描电子显微镜的探测器中发出，并由样品反射或散射回来，然后形成图像。
扫描电子显微技术可以提供非常高的分辨率，可以显示出达到1纳米以下的细节。
扫描电子显微技术在材料科学、生物学、医学和纳米技术等领域都有广泛的应用。
在材料科学中，扫描电子显微技术可以用于显示材料表面的形貌、晶格和组织结构。
这可以让我们更好地理解材料的物理和化学特性，从而为材料设计和制造提供更多的信息和可能性。
在生物学和医学中，扫描电子显微技术可以用于显示细胞、组织和器官的形态、结构和组成。
这对于分析细胞和组织的特性和功能非常重要，可以为治疗和预防疾病提供更准确的信息。
在纳米技术中，扫描电子显微技术可以用于制造和检测纳米器件和结构。
这可以为纳米技术的研究和应用提供更准确的方法和手段。
电子显微镜
分散聚四氟乙烯粉粒的超薄切片像
③ 蚀刻
蚀刻的目的是除去一部分结构，从而可以突出需 要的结构。蚀刻方法主要有三种：溶剂蚀刻、酸 蚀刻和等离子蚀刻。溶剂蚀刻是靠溶剂的溶解除 去易溶性分子；酸蚀刻是用强酸选择性氧化某一 相，使高分子断裂为碎片而被除去；等离子或离 子蚀刻是用等离子或离子带电体攻击聚合物表面， 除去表面的原子或分子，由于除去速度的差异而 产生相之间的反差。
（1）电子束与固体样品相互作用时产生的信号 具有高能量的入射电子束与固体样品表面的原子
核及核外电子发生作用，产生如下物理信号。
入射电子束轰击样品产生的信息
① 背散射电子（backscattering electron)— 背散射电子是指被固体样品中的原子核或 核外电子反弹回来的一部分入射电子。
③ 吸收电子(absorption electron)—入射电子进入 样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽，最后 被样品吸收。
④ 透射电子(transmission electron)—如样品足够薄， 则会有一部分入射电子穿过样品而成透射电子。
⑤ 俄歇电子(Auger electron)—如果原子内层电子 在能级跃迁过程中释放出来的能量ΔE并不以X射线 的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层的另 一个电子发射出去（或空位层的外层电子发射出 去），这一个被电离的电子称为俄歇电子。 每种原子都有自己的特定壳层能量，所以它们 的俄歇电子能量也各有特征值。
② 二次电子(secondary electron)—在入射电 子作用下被轰击出来并离开样品表面的样 品原子的核外电子。它是一种真空自由电 子 。 由于原子核和外层价电子间的结合能 很小，因此，外层的电子较容易和原子脱 离，使原子电离。
电子显微镜
第一章电子显微镜基本原理1 电子显微镜的发展简史2 电子波的波长3 电磁透镜4 电磁透镜的缺陷5 电磁透镜的景深和焦长6 电子显微镜的构成7 与光学显微镜的比较1 电子显微镜的发展简史（1）电子显微镜的诞生，首先在医学生物上得到应用，随后用于金属材料研究。
1949年海登莱西（Heidenreich）第一个用透射电镜观察了用电解减薄的铝试样；20世纪50年代开始，电镜直接观察到位错层错等以前只能在理论上描述的物理现象；1970年日本学者首次用透射电镜直接观察到重金属金的原子近程有序排列，实现了人类两千年来直接观察原子的夙愿。
2电子显微镜包括以下三种类型的仪器：扫描电子显微镜：用于微形貌观察、显微成（SEM）分分析透射电子显微镜：用于微结构分析、微形貌（TEM）观察电子探针：微区成分分析、显微形貌观察（EPMA）3光学显微镜的局限性任何显微镜的用途都是将物体放大，使物体上的细微部分清晰地显示出来，帮助人们观察用肉眼直接看不见的东西。
假如物体上两个相隔一定距离的点，利用显微镜把他们区分开来，这个距离的最小极限，即可以分辨的两个点的最短距离称为显微镜的分辨率，或称分辨本领。
人的眼睛的分辨本领为0.5mm左右。
一个物体上的两个相邻点能被显微镜分辨清晰，主要依靠显微镜的物镜。
假如在物镜形成的像中，这两点未被分开的话，则无论利用多大倍数的投影镜或目镜，也不能再把它们分开。
根据光学原理，两个发光点的分辨距离为：∆r0：两物点的间距；λ：光线的波长；n：透镜周围介质的折射率；sinα：数值孔径，用N.A表示。
将玻璃透镜的一般参数代入上式，即最大孔径半角α=70-75︒，在介质为油的情况下，n＝1.5,其数值孔径nsinα＝1.25-1.35，上式可化简为：这说明，显微镜的分辨率取决于可见光的波长，而可见光的波长范围为3900 - 7600Å，故而光学显微镜的分辨率不可能高于2000Å。
电子显微镜的发展简史（7）为进一步提高分辨率，唯一的可能是利用短波长的射线。
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。
电子行业电子显微分析
电子行业电子显微分析1. 引言电子显微技术是一种通过利用电子束替代光束对样品进行放大和观察的高分辨率显微技术。
在电子行业，电子显微分析技术被广泛应用于材料检测、元器件分析和故障诊断等领域。
本文将对电子行业中的电子显微分析技术进行详细介绍。
2. 电子显微镜电子显微分析的核心工具是电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）。
电子显微镜利用电子束替代光束，利用电子的波粒二象性以及电子与样品之间的相互作用来观察和分析样品的微观结构和成分。
主要包括传统的透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）两种类型。
2.1 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜能够提供非常高的分辨率，可以观察到纳米尺度的细节。
透射电子显微镜将电子束通过样品的薄片，然后通过透射的方式形成图像。
通过TEM可以观察到材料的微观晶格结构、晶体缺陷、原子排列等信息，对于研究材料的结构和性质非常有价值。
2.2 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜则通过扫描电子束在样品表面形成图像。
SEM能够提供非常高的表面分辨率和三维观察能力，对于表面形貌的分析非常有用。
扫描电子显微镜可以用于观察材料的形貌、粒度分布、表面元素等信息。
3. 应用领域3.1 材料检测在电子行业中，材料的质量和性能对产品的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。
电子显微分析技术可以对材料的微观结构和成分进行精确观察和分析。
通过TEM和SEM，可以观察和分析材料的晶体结构、晶界、位错等缺陷，从而评估材料的质量和性能。
3.2 元器件分析在电子行业中，各种元器件被广泛应用于电子产品中。
电子显微分析技术可以对元器件的结构和成分进行分析和观察。
通过观察材料的微观结构，可以判断元器件是否存在缺陷、磨损以及其他性能问题。
通过元器件的成分分析，可以确保元器件的质量和性能符合要求。
电子显微学与表征技术
电子显微学与表征技术电子显微学与表征技术是一门研究微观世界的学科，主要运用电子显微镜和相关技术来观察和表征物质的微观结构和性质。
本文将从电子显微学的原理、主要仪器以及常见应用领域等方面进行阐述。
一、电子显微学的原理电子显微学是通过控制电子束（如电子波或电子射线）的特性，实现对样品进行观察和分析的技术。
与光学显微镜相比，电子显微镜的分辨率更高，能够观察到更小的细节。
其原理可以简单归纳为以下几点：1. 真空环境：电子显微镜的工作需要在真空环境下进行，以避免电子束与空气分子相互作用，导致信号损失和图像模糊。
2. 电子源和光学系统：电子显微镜使用的电子源通常是热阴极或场发射阴极，产生高能电子束。
通过一系列磁透镜、磁偏转系统以及透镜和接收器，将电子束聚焦到样品表面并收集散射、透射或反射的电子。
3. 信号检测和图像形成：电子束与样品相互作用后会产生多种信号，如散射电子、透射电子、反射电子等。
这些信号被探测器捕获并转化为电信号，最终通过计算机处理形成图像。
二、常见的电子显微镜仪器1. 传输电子显微镜（TEM）：传输电子显微镜主要用于研究材料的内部结构。
样品被制成超薄切片，在电子束透射过程中形成衍射和投影图像，可以观察到原子级别的细节。
2. 扫描电子显微镜（SEM）：扫描电子显微镜通过扫描和探测二次电子、反射电子以及特定能量的吸收电子等信号，可以得到样品表面的形貌、表面组成和晶格等信息。
3. 原子力显微镜（AFM）：原子力显微镜利用探针与样品之间的相互作用力，实现对样品表面的高分辨率成像，尤其适合研究材料的形貌和纳米尺度的物理性质。
三、电子显微学的应用领域电子显微学与表征技术在科学研究和工业生产中有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 材料科学：电子显微学可以观察和分析材料的微观结构、晶体结构以及材料的缺陷和性能。
这对于新材料的合成和性能改良具有重要意义。
2. 纳米科学与纳米技术：电子显微学可以帮助研究人员观察和控制纳米材料的制备和性质，如纳米粒子、纳米线、纳米薄膜等。
电子显微学
f
1 1 1 u v f v f v f M u u f f
V
M 可以表示为： 放大倍数 电磁透镜的焦距
与光学显微镜不同，磁透镜的焦距可以通过改变线圈的电流来 改变
f k
IN
2
式中：k－常数 V－加速电压 (IN)－安匝数 I－通过线圈导 线的电流，N－线圈每厘米长度上的圈数 由此可知 I 增加，则 f 降低，在像距一定的情况下，放大倍数 增加。
L D B2 Md d O1 O2 B1
强度
（a）
（b）
图（a）点O1
、
O2 形成两个Airy斑；图（b）是强度分布。
0.81I
I
图（c）两个Airy斑 明显可分辨出。
图（d）两个Airy 斑刚好可分辨出。
图（e）两个Airy 斑分辨不出。
最小分辨距离计算公式：
0.61 0.61 1 d n sin NA 2
电子学部分（各种电源、安全系统、控制系统）
电子光学系统
照明部分
1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米的钨丝作成V或Y 形状。 2）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。 3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象的亮度。 阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，因此人 们习惯上把它们通称为“电子枪”。 4）聚光镜：由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用，电子 束穿过阳极小孔后，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚光 镜就是为克服这种缺陷加入的，它有增强电子束密度和再一次 将发散的电子会聚起来的作用。
透射电镜和光学显微镜的光路比较
光源
聚光镜
电子枪
聚光镜
试样 物镜
材料科学中的电子显微学
材料科学中的电子显微学电子显微学是一种用电子束代替光束进行成像的科学技术。
在材料科学中，电子显微学被广泛运用于研究材料的微观结构、成分和性能等方面。
一、传统电子显微学传统的电子显微学主要有两种方式，分别是透射电子显微镜和扫描电子显微镜。
透射电子显微镜可以在纳米尺度下进行成像和分析，因此被广泛用于研究材料的晶体结构、缺陷和催化反应等方面。
扫描电子显微镜则可以获得高分辨率的表面形貌和化学成分信息，因此被广泛运用于表面和界面的研究，如氧化物表面的催化性能和生物界面的相互作用等。
二、高分辨率电子显微学高分辨率电子显微学是电子显微学的一种进阶形式，采用的是高能电子束，可以得到更高的分辨率和更丰富的信息。
目前，高分辨率电子显微学已经在材料科学和纳米技术等领域得到广泛应用。
三、透过电子显微学研究材料的晶体结构透射电子显微学可以在几十纳米以下的尺寸范围内，直接观察到材料的晶体结构。
结合计算方法，可以进一步确定晶体结构的参数和缺陷。
通过对材料晶体结构的理解，可以更好地设计和制备具有特定性能的材料。
四、透过电子显微学研究材料的性能在材料科学中，性能是最重要的因素之一。
透射电子显微学可以直接观察到材料的微观结构和组成，对材料的性能起着非常关键的作用。
通过电子显微学技术的应用，可以研究材料的机械性能、光学性能、电学性能等，为探索新的材料性能提供重要的参考。
五、扫描电子显微学研究表面形貌和化学成分扫描电子显微学可以得到高分辨率的表面形貌和化学成分信息，对研究表面和界面性质非常重要。
扫描电子显微学广泛用于材料的表面形貌、晶体生长、腐蚀和涂层等方面的研究。
六、高分辨率扫描电子显微学和原子力显微镜在表面和界面研究中的应用高分辨率扫描电子显微学和原子力显微镜是两种非常强大的表面和界面研究工具，能够获得高分辨率的表面形貌、物理和化学性质等信息。
这两种技术广泛用于研究材料和生物领域中的表面和界面，如金属表面的腐蚀和保护、生物分子的相互作用等。
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柏氏矢量：一个反映位错周围点阵畸变总 累积的物理量。把位错定义为伯氏矢量不 为零的晶体缺陷，伯氏矢量的方向表示位 错的性质与取向，即位错运动导致晶体滑 移的方向，矢量的模表示了畸变的程度， 即位错的强度。
柏氏矢量的确定： 1）先确定位错线方向(一般规定由纸面向外为正 向)， 2）按右手法则做柏氏回路，右手大拇指指向位错 线正向，回路方向按右手螺旋方向确定。 3）从实际晶体中任一原子M出发，避开位错附近 的严重畸变区作一闭合回路MNOPQ，回路每一 步连接相邻原子。
堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常 堆垛顺序有可能遭到破坏和错排 抽出型层错 插入型层错
面心立方层错
不全位错：若堆垛层错不是发生在晶体的 整个原子面只是部分区域存在，在层错面 与完整晶体的交界处就存在柏氏矢量不等 于点阵矢量的不全位错。
两种不全位错：
（1）肖克莱（Shockley）不全位错 （或分 位错） 如果原子有一部分只滑移了第一步，而 另一部分则不滑动。这样在滑移了一次的 区域和未滑移区域的边界M处就形成了一个 柏氏矢量小于滑移方向上原子间距的分位 错，称其为肖克莱不全位错（或分位错）。 根据其柏氏矢量与位错线的角度关系可以 是纯刃型，纯螺型或混合型的。
晶体缺陷的存在导致缺陷附近点阵发生畸变的区 域内的衍射强度有别于周围无缺陷的区域，从而 在衍射像中获得相应的缺陷衬度。 根据电子衍射运动学理论：
比较完整晶体与缺陷晶体：
就会发现，由于晶体的不完整性，衍射振幅的表 达式中出现了一个附加的位相因子 ，其中 exp (2ig R) 称为附加位相角。所以一般来说，附加位相因子 的引入将使缺陷附近点阵发生畸变的区域（应变 场）内的衍射强度有别于无缺陷的区域（相当于 理想晶体），从而在衍衬图像中获得相应的衬度。
柏氏矢量测量的实际操作
双光束条件 合适的偏移参量s,样品厚度t 适当操作矢量g,求b：选择感兴趣的区域， 在多数位错显示衬度下拍照，倾转样品是 该晶带中的衍射斑点都出现；倾转样品使 一部分位错的衬度消失，观察衍射条件拍 照；倾转样品到另一个取向，找到另一个 使位错衬度消失的条件，拍下花样与衍衬 像；
肖克莱不全位错有以下的特点
(a)位于孪生面上，柏氏矢量沿孪生方向，且小于 孪生方向上的原子间距： (b)不仅是已滑移区和未滑移区的边界，而且是有 层错区和无层错区的边界。 (c)可以是刃型、螺型或混合型。 (d)只有通过局部滑移形成。即使是刃型肖克莱不 全位错也不能通过插入半原子面得到，因为插入 半原子面不可能导致大片层错区。 (e)即使是刃型肖克莱不全位错也只能滑移，不能 攀移，因为滑移面上部（或下部）原子的扩散不 会导致层错消失，因而有层错区和无层错区之间 总是存在着边界线，即肖克莱不全位错线。
晶体缺陷：实际晶体中由于原子（或离子、 分子）的热运动，以及晶体的形成条件、 冷热加工过程和其他辐射、杂质等因素的 影响，实际晶体中原子的排列不可能那样 规则完整，把实际晶体中偏离理想点阵结 构的区域称为晶体缺陷。
衍射分析：就是观察、分析晶体缺陷和第 二相粒子等在各种的衍射条件下，所呈现 的不同衬度特征，从而进行定性或定量的 分析。
位错是一种线缺陷，表征位错晶体学特性的基本 物理量是它的柏氏（Burgers）矢量 。 由于位错的存在，在位错线附近的某个范围内点 阵将发生畸变，其应力和应变场的性质均与b 直 接有关。根据柏氏矢量与位错线的关系，位错可 分为刃型（ b⊥ 位错线）、螺型（b // 位错线） 和混合型（ 即不平行也不垂直位错线）。 不管何种类型的位错，都会引起在它附近的某些 晶面发生一定程度的局部转动，位错线两边晶面 转动方向相反。且离位错线愈远，转动量愈小， 如果采用这些畸变的晶面作为操作反射，则衍射 强度将受到影响，从而产生衬度。
不可见性判据
混合型位错：g· b=0,g· e=0,g· b bxu=0 刃型位错： g· b=0,g· bxu=0 螺型位错： g· b=0 （1）位错所在的滑移面与入射束垂直即 g· bxu=0 (2)b与入射束平行时，即b· g=0
柏氏矢量的测定
基本依据是位错的不可见性，当位错的衬 度消失或只有微弱的残余衬度的时候，应 该满足g· b=0，找到两个操作矢量，使其成 像时位错均不可见，即g1· b=0,g2· b=0,b应该 在g1,g2所应的晶面（h1k1l1）和(h2k2l2)内， 即b应该平行于这两个晶面的交线， b=g1xg2。
(d)g=002 (e)g=042 (b)g=111
另外也可将g.b事先制成表格，根据三个不同操作反 射下位错衬度的可见性，查表确定柏氏矢量。
位错密度
位错密度： 单位体积晶体中所含的位错线的总 长度，另一个定义是：穿过单位截面积的位错线 数目，单位也是1/平方厘米。 测量方法 ：测量位错与薄膜表面的交点数，即 位错的端点数，根据体视学计算结果位错密度 =2n0/A，其中n0是穿过面积为A的位错数目，考 虑到位错衍射像中位错的端点数是位错与薄膜上 下表面交点数之和，因此透射电镜薄膜样品位错 密度的计算公式为 =n/A.
刃型
此位错犹如一把刀插 入晶体中，有一个刀 刃状多余半原子面， 故称“刃位错” （或 棱位错）。 “刃口” EF 称为刃 型位错线
螺型
在BC线和aa'线间的原 子失去正常相邻关系， 连接则成了一个螺旋 路径，该路径所包围 的呈长管状原子排列 紊乱区即成螺型位错
柏氏矢量：
1939年，柏格斯 (J.M.Burgers) 提出用柏氏 回路来定义位错。 使位错的特征能借柏氏矢量表示出来，可 更确切地揭示位错的本质，并能方便地描 述位错的各种行为，此矢量即“柏格斯矢 量”或“柏氏矢量”，用 b 表示。
（2） 弗兰克(Frank)不全位错（分位错）
通过插入和抽出部分密排面的方式来形成 局部层错。这个有层错区与无层错区的边 界即为弗兰克不全位错
弗兰克不全位错具有以下特点：
(a)位于{111}面上，可以是任何形状，包括 直线、曲线和封闭环（称为弗兰克位错 环）。但无论是什么形状，它总是刃型的。 (b)由于b不是fcc晶体的滑移方向，故弗兰 克不全位错不能滑移、只能攀移
体视学：体视学时间里从组织的截面所获得的二 维测量值与描述着组织的三维参数之间的关系的 数学方法的科学。” 体视学理论是建立在统计基础上的 ，我们无法只 依靠对任何一个物体的单一截面所得的断面轮廓 来对这个物体空间形状做出任何有价值的判断。 但是，如果对这个物体作相当多的随机截面（包 括二维的截面和一维的体空间无限 多个连续截面，就可能得出比较全面和正确的判 断，根据这些资料还有可能作出三维图形 ，通常 通过观察分析这些图像来推断空间组织的真实情 况。