透射电镜演示文稿

Ⅰ、为何选择透射电子显微镜作为检测工具
JEOL JEM 2100F FasTEM 一体化机
As a FasTEM microscope, the 2010, 2010F and 3000F can be operated either at the microscope in the standard way, at the FasTEM workstation, or from a remote location...anywhere
为什么采用电子束做为光源? 结论：
由显微镜的分辨率与光源的波长决定了透射电子显微镜的放大倍率远 大于普通光学显微镜；一般来说，光学显微镜的最大放大倍率在2000 倍左右，而透射电子显微镜的放大倍率可达百万倍。 而且电磁透镜的分辨本领比光学玻璃透镜提高一千倍左右，可以达到 2的水平，使观察物质纳米级微观结构成为可能。
观察上面公式： A为常数；当选定某一电子源时， λ也随之确定；因此， Cs（透镜 球差系数）决定Δr0（电磁透镜分辨率）数值的大小。

Ⅰ、为何选择透射电子显微镜作为检测工具
一些名词术语
CTEM常规透射电镜 – Conventional Transmission Electron Microscope STEM扫描透射电镜 – Scanning Transmission Electron Microscope ATEM分析透射电镜 – Analytical Transmission Electron Microscope EFTEM能量过滤透射电镜 – Energy Filtered TEM

Ⅱ、为什么采用电子束而不用自然光
有效放大倍数: 光学显微镜必须提供足够的放大倍数，把它能分辨的最小距离放大到 人眼能分辨的程度。相应的放大倍数叫做有效放大倍数，它可由下式 来确定： M= re∕r0 M=其中M—显微镜放大倍数 re—人眼分辨本领 r0—显微镜分辨本领
需要提及的一点是：
增加中间镜的数量，可以增加放大倍数；但当达到显微镜有效放大倍 数时，再增加中间镜的数量已是徒劳的；因为此时显微镜所能提供的 分辨率已经达到极限，纵使继续放大，也无法分辨出更紧密的两点。

Ⅱ、为什么采用电子束而不用自然光
为什么采用电子束做为光源?
Ⅰ、为何选择透射电子显微镜作为检测工具
Hitachi TEMs
120kV H-7600
300kV HF3000
200kV hf2200

Ⅱ、为什么采用电子束而不用自然光
为什么采用电子束而不用自然光？ Why not visible light?
显微镜的分辨率 – Resolution of Microscope 自然光与电子束的波长 – Wavelength of visible light and electron beam 有效放大倍数 – efficient magnify multiple

Ⅲ、透射电镜的光路系统
电磁透镜是一种焦距(或放大倍数)可调的会聚透镜 减小激磁电流，可使电磁透镜磁场强度降低、焦距变长(由f1变为f2 ）

Ⅲ、透射电镜的光路系统
可见光是以折线形式穿过玻璃透镜，而成像电子在电磁透镜磁场中沿螺旋 线轨迹运动 因此，电磁透镜成像时有一附加的旋转角度，称0-7 m
Visible
10-6 m
1,000 nanometers = 1 micrometer (μm)
0.1 μm 100 nm Self-assembled, Nature-inspired structure Many 10s of nm Nanotube electrode
Ⅰ、为何选择透射电子显微镜作为检测工具
Why TEM??
为什么用透射电镜？？

Ⅰ、为何选择透射电子显微镜作为检测工具
什么是透射电子显微镜?
显微镜：显微世界的仪器 电子： 电子束光源 区别于光学显微镜(如：普通光学显微镜) 透射： 透过样品(投影) 区别于其它类型电子显微镜(如：SEM)
It also has a high level of automation and intelligence without limiting the full control that experienced users may want to have.

Microworld
10-5 m
0.01 mm 10 μm Infrared
Pollen grain Red blood cells Zone plate x-ray 搇 ens Outer ring spacing ~35 nm
Red blood cells with white cell ~ 2-5 μm

Ⅲ、透射电镜的光路系统
Optical configurations of TEMs 透射电镜的光路系统
Electron sources 电子源 Imaging System 成像系统 Electron lens 电磁透镜

FEG source场发射源* Current density 105A/cm2 Probe size < 1nm * Usually Schottky sources 常用肖特基源

Ⅲ、透射电镜的光路系统
电子源电路原理

Ⅲ、透射电镜的光路系统
与光学显微镜相比较

Ⅲ、透射电镜的光路系统

Ⅲ、透射电镜的光路系统
Imaging System 成像系统
由物镜、中间镜(1、2个)和投影镜(1、2个)组成。 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。 通过调整中间镜的透镜电流，使中间镜的物平面与物镜的背焦面重合， 可在荧光屏上得到衍射花样。 若使中间镜的物平面与物镜的像平面重合则得到显微像。 透射电镜分辨率的高低主要取决于物镜 。
Ⅲ、透射电镜的光路系统
Electron sources 电子源
W filament 钨灯丝. Current density 束流密度~10A/cm2 Probe size 束斑大小~4nm
LaB6 crystal source 六硼化镧晶体 Current density 束流密度 103A/cm2 Probe size 束斑大小 ~ 2nm

Ⅲ、透射电镜的光路系统
透射电镜成像系统的两种基本操作 (a)将衍射谱投影到荧光屏 (b)将显微像投影到荧光屏

Ⅲ、透射电镜的光路系统
电子衍射图像

Ⅲ、透射电镜的光路系统
透射电镜明场像

Ⅲ、透射电镜的光路系统
Electron Lens 电磁透镜
The Structure of Lens 电磁透镜的结构 Optical Character of Electron Lens电磁透镜的光学性质 Resolution of Electron Lens 电磁透镜的分辨本领

Ⅰ、为何选择透射电子显微镜作为检测工具
TECNAI G2 F20 automated TEM
Its advanced windows protocols and registry allow users to complete their research or analysis in a timely fashion

Ⅱ、为什么采用电子束而不用自然光
显微镜的分辨率: 显微镜可分辨的两点间的最小距离，即为显微镜的分辨率，它主要取 决于照明波长以及物镜的球差系数。 通常人眼的分辨本领大概是0.2mm（即人眼可分辨的两点间最小距离 为0.2mm）
自然光与电子束的波长: 可见光的波长在3900～7600，光学玻璃透镜分辨本领的极限值可达 0.2微米；而电子束的波长约为可见光的十万分之一 。

Ⅲ、透射电镜的光路系统
1、 电磁透镜的结构

Ⅲ、透射电镜的光路系统
Lenses in the TEM
Condenser Lenses 会聚透镜
Objective lenses 物镜
Intermediate Lenses 中间镜
Atoms of silicon spacing ~tenths of nm
10-10 m
0.1 nm
Quantum corral of 48 iron atoms on copper surface positioned one at a time with an STM tip Corral diameter 14 nm
光学显微镜: 扫描电子显微镜： 透射电子显微镜： >200nm ~1nm ~0.1nm

Ⅰ、为何选择透射电子显微镜作为检测工具
Nanotechnology纳米技术
- Size Matters 尺寸很重要
Natural World
Ant ~ 5 mm 10-2 m 1 cm 10 mm Head of a pin 1-2 mm
透射电子显微镜 工作原理及其应用
2006.12.2
演讲人：史为
简 介 BRIEF
从以下几个方面介绍透射电子显微镜： 1、为何选择透射电子显微镜作为检测工具 2、为什么透射电子显微镜采用电子束作为光源 3、透射电子显微镜的光路系统 4、透射电子显微镜的像衬度 5、TEM演示图片

A O
C
O’
z
电子在磁透镜中的运动轨迹

Ⅲ、透射电镜的光路系统
3、电磁透镜的分辨本领
1 Δr0 = Aλ3 / 4Cs / 4
（9-3）
式中：A——常数；λ——照明电子束波长；Cs——透镜球差系数。
Δr0的典型值约为0.25~0.3nm，高分辨条件下，Δr0可达约0.15nm。
光学显微镜的有效放大倍数 ＝ 人眼的分辨率(0.2mm)/光学显微镜分辨率(200nm)