材料电子显微镜课件ppt
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2019年材料研究方法及电子显微镜.ppt
扫描电镜可以直接观察大块试样，样品制备非常方便，加之扫描电镜的 景深大，放大倍数连续调节范围大，分辨本领比较高，所以它成为固体 材料样品表面分析的有效工具，尤其适合于观察比较粗糙的表面和材料 断口和显微组织的三维形态。扫描电镜不仅能做表面形貌分析，而且能
配置各种附件，做表面成分分析及表层晶体学位向分析等。
材料研究方法
分辨率高
分辨率指能分辨的两点之间的最小距离。分辨率d可以用贝克公 式表示：d=0.61/nsin ， 为透镜孔径半角，为照明样品的光波长，n为透镜与样品间介质 折射率。对光学显微镜 ＝70－75，n=1.4。因为 nsin1.4， 而可见光波长范围为： ＝400nm-700nm ，所以光学显微镜分辨 率 d0.5 ，显然 d 200nm。要提高分辨率可以通过减小照明波 长来实现。SEM是用电子束照射样品，电子束是一种De Broglie波， 具有波粒二相性，＝12.26/V0.5(伏) ，如果V＝20kV时，则＝ 0.0085nm。目前用W灯丝的SEM，分辨率已达到3nm-6nm, 场发 射源SEM分辨率可达到1nm 。高分辨率的电子束直径要小，分辨 率与子束直径近似相等。
材料研究方法
放大倍率高
从几十放大到几十万倍，连续可调。放大倍率不 是越大越好，要根据有效放大倍率和分析样品的 需要进行选择。如果放大倍率为M，人眼分辨率 为0.2mm，仪器分辨率为5nm，则有效放大率M ＝0.2106nm5nm=40000（倍）。如果选择高于 40000倍的放大倍率，不会增加图像细节，只是虚 放，一般无实际意义。放大倍率是由分辨率制约， 不能盲目看仪器放大倍率指标。
材料研究方法
各种物 理信号 的产生 深度和 广度范 围
材料研究方法
扫描电子显微镜
1.扫描电镜的特点和工作原理 2.扫描电镜的构造 3.扫描电镜的主要性能 4.扫描电镜的样品制备 5.扫描电镜的应用
配置各种附件，做表面成分分析及表层晶体学位向分析等。
材料研究方法
分辨率高
分辨率指能分辨的两点之间的最小距离。分辨率d可以用贝克公 式表示：d=0.61/nsin ， 为透镜孔径半角，为照明样品的光波长，n为透镜与样品间介质 折射率。对光学显微镜 ＝70－75，n=1.4。因为 nsin1.4， 而可见光波长范围为： ＝400nm-700nm ，所以光学显微镜分辨 率 d0.5 ，显然 d 200nm。要提高分辨率可以通过减小照明波 长来实现。SEM是用电子束照射样品，电子束是一种De Broglie波， 具有波粒二相性，＝12.26/V0.5(伏) ，如果V＝20kV时，则＝ 0.0085nm。目前用W灯丝的SEM，分辨率已达到3nm-6nm, 场发 射源SEM分辨率可达到1nm 。高分辨率的电子束直径要小，分辨 率与子束直径近似相等。
材料研究方法
放大倍率高
从几十放大到几十万倍，连续可调。放大倍率不 是越大越好，要根据有效放大倍率和分析样品的 需要进行选择。如果放大倍率为M，人眼分辨率 为0.2mm，仪器分辨率为5nm，则有效放大率M ＝0.2106nm5nm=40000（倍）。如果选择高于 40000倍的放大倍率，不会增加图像细节，只是虚 放，一般无实际意义。放大倍率是由分辨率制约， 不能盲目看仪器放大倍率指标。
材料研究方法
各种物 理信号 的产生 深度和 广度范 围
材料研究方法
扫描电子显微镜
1.扫描电镜的特点和工作原理 2.扫描电镜的构造 3.扫描电镜的主要性能 4.扫描电镜的样品制备 5.扫描电镜的应用
课件--第二章 电子显微镜
第二章 电子显微镜(Electron Microcope)第一节 电子显微镜的基本构造和原理一、概述：电子具有波动性。
电子束在电场或磁场的作用下，可发生会聚、发散、反射、折射和偏转。
* 电镜：用电子束代替光束照射样品，而获得高分辨率的成像。
二、电子显微镜(电镜)的物理学基础(一)光学显微镜(光镜)的局限性：光镜可观察许多肉眼看不见的微小物体，但也有其局限性。
例如病毒就看不到。
* 原因：不是放大倍数的问题，而是分辨率不够。
1、分辨率：指显微镜或人眼在明视距离刚好能分辨的两质点的最小距离。
人眼的分辨率约为0.1毫米（人眼最小可分辨角约为1’）。
* 光镜分辨率不高原因：是光线衍射的影响。
质点成像时，不是形成理想的像点，而是形成一个像斑(Airy 斑)。
当两个像斑太靠近时就会分辨不清。
2、阿贝公式： 根据瑞利判据，推得分辨率(即最小可分辨距离)： 其中： Z ——最小分辨距离λ ——波长n ——透镜周围的折射率u ——透镜对物点张角的一半，nsinu 称为数值孔径，用 N.A. 表示3、提高分辨率的方法：①提高N.A.数。
如油浸物镜，N.A.数可从小于1提高至1.5～1.6，但很有限。
②用波长更短的光线。
而可见光波长有限，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。
4、电子的波长：比可见光波长更短的有：1）紫外线 —— 会被物体强烈的吸收；2）X 射线 —— 无法使其会聚；3）电子波 ——根据德布罗意物质波的假设，即电子具有微粒性，也具有波动性。
电子波长 λ=h/mv 电子运动速度与其加速电压U(伏特)有关.h —— Plank 常数m —— 电子质量v ——电子速度由公式计算知电子束 ：约0.1～10A0。
而可见光 ：4000～8000A0。
所以，使用电子束可大大提高分辨率。
(二) 电子透镜：..61.0sin 61.0A N u n Z λλ==电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成象的目的。
电子显微镜原理教学课件
吸收
样品吸收电子，导致不同区域 呈现不同亮度。
透射
部分电子穿过样品，形成透射 图像。
扫描电镜成像
逐点扫描样品表面，形成高分 辨率图像。
电子显微镜的分辨率
01
02
03
理论分辨率
受电子波长和物镜的NA 值影响。
实际分辨率
受到多种因素影响，如样 品厚度、结晶度和电子束 能量等。
提高分辨率的方法
采用更高能量的电子束、 提高物镜的NA值和使用 更短的波长。
电子显微镜原理教学课 件
目 录
• 电子显微镜简介 • 电子显微镜工作原理 • 电子显微镜样品制备技术 • 电子显微镜图像分析 • 电子显微镜操作与维护 • 电子显微镜未来发展趋势
01
电子显微镜简介
电子显微镜的发展历程
1926年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明了第一台电子显微镜
放置样品
将需要观察的样品放置在载物 台上，并调整样品的位置和角 度。
观察
观察并记录样品的形态、结构 等特征。
电子显微镜的常见故障及排除方法
图像模糊
可能是由于焦距调节不当或样品表面 不平整导致，需要重新调整焦距或处 理样品表面。
图像扭曲或变形
可能是由于电子束倾斜或样品放置不 正确引起，需要检查电子束的路径和 样品放置情况。
无法聚焦
可能是由于样品太厚或焦距调节不当 导致，需要减小样品厚度或重新调整 焦距。
光源异常
可能是由于灯泡损坏或电源故障导致 ，需要更换灯泡或检查电源连接。
电子显微镜的日常维护与保养
清洁镜头
定期用干燥的镜头纸或镜头布擦拭镜头表面 ，保持镜头清洁。
定期校准
根据需要，定期对电子显微镜进行校准，以 确保观察结果的准确性。
样品吸收电子，导致不同区域 呈现不同亮度。
透射
部分电子穿过样品，形成透射 图像。
扫描电镜成像
逐点扫描样品表面，形成高分 辨率图像。
电子显微镜的分辨率
01
02
03
理论分辨率
受电子波长和物镜的NA 值影响。
实际分辨率
受到多种因素影响，如样 品厚度、结晶度和电子束 能量等。
提高分辨率的方法
采用更高能量的电子束、 提高物镜的NA值和使用 更短的波长。
电子显微镜原理教学课 件
目 录
• 电子显微镜简介 • 电子显微镜工作原理 • 电子显微镜样品制备技术 • 电子显微镜图像分析 • 电子显微镜操作与维护 • 电子显微镜未来发展趋势
01
电子显微镜简介
电子显微镜的发展历程
1926年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明了第一台电子显微镜
放置样品
将需要观察的样品放置在载物 台上，并调整样品的位置和角 度。
观察
观察并记录样品的形态、结构 等特征。
电子显微镜的常见故障及排除方法
图像模糊
可能是由于焦距调节不当或样品表面 不平整导致，需要重新调整焦距或处 理样品表面。
图像扭曲或变形
可能是由于电子束倾斜或样品放置不 正确引起，需要检查电子束的路径和 样品放置情况。
无法聚焦
可能是由于样品太厚或焦距调节不当 导致，需要减小样品厚度或重新调整 焦距。
光源异常
可能是由于灯泡损坏或电源故障导致 ，需要更换灯泡或检查电源连接。
电子显微镜的日常维护与保养
清洁镜头
定期用干燥的镜头纸或镜头布擦拭镜头表面 ，保持镜头清洁。
定期校准
根据需要，定期对电子显微镜进行校准，以 确保观察结果的准确性。
最新实验2电子显微镜的原理及使用PPT课件
3．电子探针
电子探针主要用于探测微小区域的元素成分。 其原义仅是一个物理学名词，意指聚焦了的电子 束。当电子束照射样品表面时，可激发X射线，X 射线光量子的能量及波长与元素的原子序数有关 ，称为特征X射线。采用晶体分光光谱法测定X射 线的波长和强度来分析样品成分的仪器，称为X射 线分光光谱仪或电子探针；用锂漂移硅探头测定X 射线能量和强度的仪器称为X射线能谱仪。
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重 要的工具。随着科学技术的发展，光学显微镜因其有 限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需求。上世 纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨本领提高到纳 米量级，同时也将显微镜的功能由单一的形貌观察扩 展到集形貌观察、晶体结构、成分分析等于一体。人 类认识微观世界的能力从此有了长足的发展。
（3）冷冻蚀刻技术。
在快速冷冻下对生物样品进行断裂、蚀刻和复型，制备 生物样品复型膜的技术称冷冻蚀刻技术。在电镜下观察复 型膜可获得立体感强的超微结构图像，主要用于生物膜结 构的研究。
（4）电镜细胞化学技术。
在超微结构水平上，通过电镜细胞化学反应来研究细胞成 分的分布和变化的方法称电镜细胞化学技术。这一技术把细胞 超微结构与其化学组成有机地结合起来，目前主要用于研究细 胞内各种大分子物质和酶的定位等。
（5）免疫电镜技术。
这是一种使抗原在超微结构水平上定位的技术，应用与抗 原相应的标记抗体，在电镜下观察标记物的位置，从而定位相 应抗原。这一技术具有灵敏度高、特异性强的特点。
（6）电镜放射自显影技术。
这是电镜技术与放射自显影技术相结合，观察放射性物质 在超微结构水平上的定位和变化，从而了解细胞的各种代谢活 动。这一技术使结构与功能的研究结合起来，是一种动态的研 究方法。
作业
14 透射电子显微镜——【材料分析方法 精品课件】
2)聚光镜（Condenser Lens)
用来会聚电子枪射出 的电子束，以最小的 损失照明样品，调节 照明强度、孔径角和 束斑大小。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
14
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节 装置所组成。
3)垂直照明和倾斜照明—电磁偏转器
9，光镜的操作及样品制备简单。 透射电镜操作复杂，同时因为是要辐射源穿透样品成像，要
求样品很薄，至少要小于1000Å ，所以样品制备困难。
10，透射电镜的造价要大于光镜100倍以上。
光镜和电镜比较的不同点
光源 透镜 介质 焦距 放大倍数改变 景深 像 辐照损伤 操作及样品制
备 造价
透射电镜
光镜
电子束，位于仪器顶部 磁透镜 真空
用来会聚电子枪射出 的电子束，以最小的 损失照明样品，调节 照明强度、孔径角和 束斑大小。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
10
三种电子枪的性能比较
特性
钨丝热阴极
LaB6
工作温度
亮度（在 200kV） 光源尺寸
能量发散度
2800K 5105A/cm2sr
ห้องสมุดไป่ตู้50m 2.3eV
1800K 5106A/cm2sr
BF
DF
15
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由物镜、中间镜和投影镜组成。
1.物镜
强激磁、短焦距 低象差、高分辨率 100～300倍
物镜
中间镜
2.中间镜
弱激磁、长焦距 变倍透镜 0～20倍
用来会聚电子枪射出 的电子束，以最小的 损失照明样品，调节 照明强度、孔径角和 束斑大小。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
14
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节 装置所组成。
3)垂直照明和倾斜照明—电磁偏转器
9，光镜的操作及样品制备简单。 透射电镜操作复杂，同时因为是要辐射源穿透样品成像，要
求样品很薄，至少要小于1000Å ，所以样品制备困难。
10，透射电镜的造价要大于光镜100倍以上。
光镜和电镜比较的不同点
光源 透镜 介质 焦距 放大倍数改变 景深 像 辐照损伤 操作及样品制
备 造价
透射电镜
光镜
电子束，位于仪器顶部 磁透镜 真空
用来会聚电子枪射出 的电子束，以最小的 损失照明样品，调节 照明强度、孔径角和 束斑大小。
采用双聚光镜系统
强激磁透镜
弱激磁透镜
10
三种电子枪的性能比较
特性
钨丝热阴极
LaB6
工作温度
亮度（在 200kV） 光源尺寸
能量发散度
2800K 5105A/cm2sr
ห้องสมุดไป่ตู้50m 2.3eV
1800K 5106A/cm2sr
BF
DF
15
照明系统 成像系统 观察记录
系统
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
由物镜、中间镜和投影镜组成。
1.物镜
强激磁、短焦距 低象差、高分辨率 100～300倍
物镜
中间镜
2.中间镜
弱激磁、长焦距 变倍透镜 0～20倍
第二篇材料电子显微分析.pptx
速度v 的电子平行进入透镜，
a)
在 A点受Br的作用，产生切向
b)
力Ft 而获得切向速度Vt ；在Bz
分量作用下，形成使电子向主
轴靠近的径向力Fr，而使电子
作螺旋近轴运动
c)
比较图8-1d、e可见，电磁透镜对平行主轴的电子束的聚焦
与玻璃透镜相似，其物距L1、像距L2、焦距 f 的关系为
111 f L1 L2
（8-6）
f
M
放大倍1数LM1 由1 （f 18-7）计算
d)
f
f KM
LU1 r fL2
（8-7）
M (INLf1)2 f
焦距 f 可L由1 下f 式近似计算
e)
f
K
Ur (IN )2
（8-8）
式中，K是常数；Ur 为经校正的加速电压；IN 为磁安匝数
第二节 电磁透镜的像差和分辨率
•像差
电磁透镜像差分为两类，即几何像差和色差 1. 几何像差包括球差和像散。球差是由于透镜中心区域和边
缘区域对电子折射能力不同形成的；像散是由于透镜磁场 非旋转对称性引起不同方向的聚焦能力出现差别
2. 色差是波长不同的多色光引起的差别。色差是透镜对能量 不同电子的聚焦能力的差别引起的
下面将分别讨论球差、像散和色差形成的原因，以及消除或 减小这些像差的途径
1.球差
如图8-4，球差是由于透镜中心区域和边缘区域对电子的折射
于极靴被污染，或极靴的机械不对称性，或极靴材料各向 磁导率差异引起。像散可由附加的消像散器来校正。
3.色差 如图8-6 ， 色差是由于入射电子波长(或能量)的非单一性,
导致聚焦能力的差别所造成的，用rC表示色差对分辨率影响
的大小
a)
在 A点受Br的作用，产生切向
b)
力Ft 而获得切向速度Vt ；在Bz
分量作用下，形成使电子向主
轴靠近的径向力Fr，而使电子
作螺旋近轴运动
c)
比较图8-1d、e可见，电磁透镜对平行主轴的电子束的聚焦
与玻璃透镜相似，其物距L1、像距L2、焦距 f 的关系为
111 f L1 L2
（8-6）
f
M
放大倍1数LM1 由1 （f 18-7）计算
d)
f
f KM
LU1 r fL2
（8-7）
M (INLf1)2 f
焦距 f 可L由1 下f 式近似计算
e)
f
K
Ur (IN )2
（8-8）
式中，K是常数；Ur 为经校正的加速电压；IN 为磁安匝数
第二节 电磁透镜的像差和分辨率
•像差
电磁透镜像差分为两类，即几何像差和色差 1. 几何像差包括球差和像散。球差是由于透镜中心区域和边
缘区域对电子折射能力不同形成的；像散是由于透镜磁场 非旋转对称性引起不同方向的聚焦能力出现差别
2. 色差是波长不同的多色光引起的差别。色差是透镜对能量 不同电子的聚焦能力的差别引起的
下面将分别讨论球差、像散和色差形成的原因，以及消除或 减小这些像差的途径
1.球差
如图8-4，球差是由于透镜中心区域和边缘区域对电子的折射
于极靴被污染，或极靴的机械不对称性，或极靴材料各向 磁导率差异引起。像散可由附加的消像散器来校正。
3.色差 如图8-6 ， 色差是由于入射电子波长(或能量)的非单一性,
导致聚焦能力的差别所造成的，用rC表示色差对分辨率影响
的大小
《电子显微镜》PPT课件
❖ 扫描电镜的放大倍数M取决于显象管荧光屏尺寸S2和 入射束在试样表面扫描距离S1之比，即：
M＝S2／S1
由于荧光屏尺寸S2是固定的，因此其放大倍数的变化 是通过改变电子束在试样表面扫描距离S1来实现的。 一般放大倍数在20～20万倍之间，且连续可调。
❖ 将样品细节放大到人眼刚能看清楚（约0.2mm）的放
X射线 100~1000 500~5000
俄歇电子 06.01.2021
5~10整理ppt 0.5~2
24
❖ 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。
06.01.2021
整理ppt
25
二、放大倍数及有效放大倍数
整理ppt
17
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。
06.01.2021
整理ppt
9
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。
06.01.2021
整理ppt
10
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。
电子显微镜培训资料(ppt 36张)
透射电子显微镜
Transmission Electron Microscope, TEM
TEM构造
TEM的基本构造与光学显微镜相似，主要 由电子枪、物镜和投影镜三部分组成。
[Electron Microscopy of Polymers, pp. 29 & 30]
电磁透镜
电子波和光波不同，不能通过玻璃透镜会 聚成像。但是轴对称的非均匀电场和磁场 则可以让电子束折射，从而产生电子束的 会聚与发散，达到成像的目的。
C H s O +O 4 C H C HO O s O 2 C HO C HO C HO O s O C H O C H
用四氧化锇染色的实施方法有溶液浸泡和 蒸气熏蒸两种。
复型技术
TEM不能直接观察块状试样，因此，必须 采用复型技术。 复型技术的原理是将固体的表面形貌用薄 膜复印下来，这种薄膜能够用TEM观察。 常用的复型技术主要有一级复型法和二级 复型法两种。
薄膜样品制备
用于TEM测试的薄
膜试样制备方法有
溶液浇注和超薄切
片等。
[Transmission Electron Microscopy, 2nd Edition, p. 176]
载样铜网和支持膜
TEM测试时，样品是在载在金属网上使用 的，当样品比金属网眼小时还必须有透明 的支持膜。
载样铜网
金属网的材质一般用 铜，因而称为铜网。 铜网很小，一般直径 为2~3 mm，厚度为 20~100 m的圆形。
纤维、薄膜、切片等 可直接安放在铜网上。
[Transmission Electron Microscopy, 2nd Edition, p. 175]
支持膜
对于很小的切片、颗粒、聚合物单晶、乳 胶粒等细小的材料就不能直接安放，而必 须有支持膜支撑。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2
基本要求
通过本课程的学习，初步掌握分析电子显微 学的主要原理，电子衍射结构分析，电子衍 衬图象解释，了解电子显微分析技术的最新 进展，能够正确地运用电子显微学基本原理 开展有关材料微结构与性能关系的研究。
3
参考书目
电子显微图像分析原理与应用, 黄孝瑛 等, 宇航出 版社，1987年。 薄晶体电子显微学, 赫什 等著, 刘安生 等译, 吴自勤 等校, 科学出版社, 1992年。 透射电子显微学进展，叶恒强， 王元明主编，科 学出版社，2003年 金属电子显微分析，陈世朴，王永瑞，机械工业 出版社，1985年 电子衍射物理教程 王蓉著 冶金工业出版社（2002）
• 1933年底，建成了一台真正的电子显微 镜。
21
显微镜的发展历史
——20世纪
其他人的工作
❖1933年底，Marton(马顿) ❖1935年，Drest(德里斯特)和 Mueller(米勒) ❖1935年，Knoll（克诺尔）
22
显微镜的发展历史
——20世纪
第一台实用电子显微镜
• 1938年，鲁斯卡（Ruska）成功研制 出了世界上第一台真正实用的透射 电子显微镜。分辨本领可达100Å， 比光学显微镜提高了20倍。
复合式显微镜 9
显微镜的发展历史
——17世纪
Marcello Malpighi通过显微镜为血液循环理论提供了 证据 Robert Hook改进了显微镜，并发现了细胞
Robert Hooke和他的显微镜
10
Hooke观察到的软木片的细胞结构
Hooke显微镜下的跳蚤 11
显微镜的发展历史
——17世纪
材料电子显微学
Electron Microscopy in Materials
1
课程简介
本课程适用于材料科学、物理学、化学工程、机械工 程等学科的本科生。本课程讲述电子显微镜及其在材 料科学中的应用，主要包括电子显微学的主要原理， 电子衍射结构分析，电子衍衬图象解释，以及电子显 微分析技术的最新进展。
23
显微镜的发展历史
——20世纪
• 1939年，德国Siemens-Halske(西门子哈尔斯科)公司以这台电子显微镜为 样机生产了世界上第一批（约40台） 商品电子显微镜。并在战后运到了 其他国家。
• 人类从光学显微镜的时代进入了电 子显微镜的时代。
24
显微镜的发展历史
——20世纪
1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显 微镜（SEM）。
17
显微镜的发展历史
——20世纪
两个发现
• 法国科学家德.布罗意（De Broglie）
50kv加速电压下，电子的波长大约为0.05Å
18
显微镜的发展历史
——20世纪
两个发现
• 德国科学家加博尔和布施
短焦距、有会聚能力的线圈对电子能起 透镜的作用，就如同普通的可见光通过 光学透镜被折射聚焦一样。
25
显微镜的发展历史
——20世纪
1983 年 ， IBM 公 司 苏 黎 世 实 验 室 的 两 位 科 学 家 Gerd Binnig（宾尼希）和Heinrich Rohrer（罗雷 尔）发明了扫描隧道显微镜（STM）。
扫描隧道显微镜下的由单个原子排成的环
扫描隧道显微镜下的由单个原子构成的“IBM”字 样
4
学习内容
前言-电镜的发展历史简介 电子光学基础与电子透镜 电子显微镜的主要结构与成像 试样制备 衍射花样分析 电镜显微图像解释 X射线显微分析和俄歇能谱分析
5
前言
6
肉眼
7
显微镜的发展历史
——16世纪
荷兰的眼镜商詹森（Zaccharias Janssen）
Janssen和他的显微镜——世界上最早的一台显微镜 8
19
显微镜的发展历史
——20世纪
鲁斯卡（Ruska）的早期工作
• 第一件工作：系统的研究磁透镜形成的电子像 有没有可能被第二个磁透镜再进一步的 放大。
20
显微镜的发展历史
——20世纪
鲁斯卡（Ruska）的早期工作
• 1933年，鲁斯卡（Ruska）和克诺尔 （Knoll）共同设计成功了一台电子光学 装置。
荷兰人安东尼·冯·列文虎克（Anthony Von Leeuwenhoek)
列文虎克的显微镜
12
显微镜的发展历史
现代的光学显微镜
——18~19世纪
13
光学显微镜的缺陷
在光学显微镜的完善和发展过程 中，人们发现：不管如何完善光 学显微镜的透镜和结构，其放大 倍数和分辨率总是被限定在1000 多倍和几百纳米的水平，不可能 再有新的突破。
28
超高压透射电镜（TEM）
扫描隧道显微镜（STM）
扫描电子显微镜（SEM） 29
电子显微镜的应用
材料微观结构的研究 材料成分和结构分析 半导体中的应用 地质学中的应用 考古学方面的应用
30
26
显微镜的发展历史
——20世纪
Ernst Ruska，Gerd Binnig和Heinrich Rohrer（从 左至右）分别因为发明电子显微镜和扫描隧道 显微镜而分享1986年的诺贝尔物理学奖。
27
电子显微镜发展的四个阶段
第一个阶段：30年代到50年代 第二个阶段：50年代到60年代 第三个阶段：60年代到70年代 第四个阶段：70年代至今
14
1.2光学显微镜分辨本领
A
r
A
B
r0 AB
A’ R0
B’
A’
R
B’ A’ R0
光学显微镜的分辨本领
15
透镜的分辨本领
δ =Δr0= 0.61λ/nsina
光学显微镜
δ =λ/2
透镜能分辨的两点间的最小距离，
即分辨本领主要取决于照明波长。
半波长是光学玻璃透镜分辨本领的
理论极限。
16
要提高显微镜的分辨本领，关键 是要有短波长的照明源。必须寻 找一种波长短，且能使之聚焦成 像的新型的照明源，才有可能突 破光学显微镜分辨本领和放大倍 数的理论极限。
基本要求
通过本课程的学习，初步掌握分析电子显微 学的主要原理，电子衍射结构分析，电子衍 衬图象解释，了解电子显微分析技术的最新 进展，能够正确地运用电子显微学基本原理 开展有关材料微结构与性能关系的研究。
3
参考书目
电子显微图像分析原理与应用, 黄孝瑛 等, 宇航出 版社，1987年。 薄晶体电子显微学, 赫什 等著, 刘安生 等译, 吴自勤 等校, 科学出版社, 1992年。 透射电子显微学进展，叶恒强， 王元明主编，科 学出版社，2003年 金属电子显微分析，陈世朴，王永瑞，机械工业 出版社，1985年 电子衍射物理教程 王蓉著 冶金工业出版社（2002）
• 1933年底，建成了一台真正的电子显微 镜。
21
显微镜的发展历史
——20世纪
其他人的工作
❖1933年底，Marton(马顿) ❖1935年，Drest(德里斯特)和 Mueller(米勒) ❖1935年，Knoll（克诺尔）
22
显微镜的发展历史
——20世纪
第一台实用电子显微镜
• 1938年，鲁斯卡（Ruska）成功研制 出了世界上第一台真正实用的透射 电子显微镜。分辨本领可达100Å， 比光学显微镜提高了20倍。
复合式显微镜 9
显微镜的发展历史
——17世纪
Marcello Malpighi通过显微镜为血液循环理论提供了 证据 Robert Hook改进了显微镜，并发现了细胞
Robert Hooke和他的显微镜
10
Hooke观察到的软木片的细胞结构
Hooke显微镜下的跳蚤 11
显微镜的发展历史
——17世纪
材料电子显微学
Electron Microscopy in Materials
1
课程简介
本课程适用于材料科学、物理学、化学工程、机械工 程等学科的本科生。本课程讲述电子显微镜及其在材 料科学中的应用，主要包括电子显微学的主要原理， 电子衍射结构分析，电子衍衬图象解释，以及电子显 微分析技术的最新进展。
23
显微镜的发展历史
——20世纪
• 1939年，德国Siemens-Halske(西门子哈尔斯科)公司以这台电子显微镜为 样机生产了世界上第一批（约40台） 商品电子显微镜。并在战后运到了 其他国家。
• 人类从光学显微镜的时代进入了电 子显微镜的时代。
24
显微镜的发展历史
——20世纪
1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显 微镜（SEM）。
17
显微镜的发展历史
——20世纪
两个发现
• 法国科学家德.布罗意（De Broglie）
50kv加速电压下，电子的波长大约为0.05Å
18
显微镜的发展历史
——20世纪
两个发现
• 德国科学家加博尔和布施
短焦距、有会聚能力的线圈对电子能起 透镜的作用，就如同普通的可见光通过 光学透镜被折射聚焦一样。
25
显微镜的发展历史
——20世纪
1983 年 ， IBM 公 司 苏 黎 世 实 验 室 的 两 位 科 学 家 Gerd Binnig（宾尼希）和Heinrich Rohrer（罗雷 尔）发明了扫描隧道显微镜（STM）。
扫描隧道显微镜下的由单个原子排成的环
扫描隧道显微镜下的由单个原子构成的“IBM”字 样
4
学习内容
前言-电镜的发展历史简介 电子光学基础与电子透镜 电子显微镜的主要结构与成像 试样制备 衍射花样分析 电镜显微图像解释 X射线显微分析和俄歇能谱分析
5
前言
6
肉眼
7
显微镜的发展历史
——16世纪
荷兰的眼镜商詹森（Zaccharias Janssen）
Janssen和他的显微镜——世界上最早的一台显微镜 8
19
显微镜的发展历史
——20世纪
鲁斯卡（Ruska）的早期工作
• 第一件工作：系统的研究磁透镜形成的电子像 有没有可能被第二个磁透镜再进一步的 放大。
20
显微镜的发展历史
——20世纪
鲁斯卡（Ruska）的早期工作
• 1933年，鲁斯卡（Ruska）和克诺尔 （Knoll）共同设计成功了一台电子光学 装置。
荷兰人安东尼·冯·列文虎克（Anthony Von Leeuwenhoek)
列文虎克的显微镜
12
显微镜的发展历史
现代的光学显微镜
——18~19世纪
13
光学显微镜的缺陷
在光学显微镜的完善和发展过程 中，人们发现：不管如何完善光 学显微镜的透镜和结构，其放大 倍数和分辨率总是被限定在1000 多倍和几百纳米的水平，不可能 再有新的突破。
28
超高压透射电镜（TEM）
扫描隧道显微镜（STM）
扫描电子显微镜（SEM） 29
电子显微镜的应用
材料微观结构的研究 材料成分和结构分析 半导体中的应用 地质学中的应用 考古学方面的应用
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显微镜的发展历史
——20世纪
Ernst Ruska，Gerd Binnig和Heinrich Rohrer（从 左至右）分别因为发明电子显微镜和扫描隧道 显微镜而分享1986年的诺贝尔物理学奖。
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电子显微镜发展的四个阶段
第一个阶段：30年代到50年代 第二个阶段：50年代到60年代 第三个阶段：60年代到70年代 第四个阶段：70年代至今
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1.2光学显微镜分辨本领
A
r
A
B
r0 AB
A’ R0
B’
A’
R
B’ A’ R0
光学显微镜的分辨本领
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透镜的分辨本领
δ =Δr0= 0.61λ/nsina
光学显微镜
δ =λ/2
透镜能分辨的两点间的最小距离，
即分辨本领主要取决于照明波长。
半波长是光学玻璃透镜分辨本领的
理论极限。
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要提高显微镜的分辨本领，关键 是要有短波长的照明源。必须寻 找一种波长短，且能使之聚焦成 像的新型的照明源，才有可能突 破光学显微镜分辨本领和放大倍 数的理论极限。