材料电子显微镜课件ppt
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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
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
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：系统的研究单个磁场（磁 透镜）的光学行为。
• 第二件工作：一个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。
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
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
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。
• 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。
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Biblioteka Baidu。
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）
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
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。
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）。
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。
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
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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
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：系统的研究单个磁场（磁 透镜）的光学行为。
• 第二件工作：一个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。
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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
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
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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。
• 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。
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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Biblioteka Baidu。
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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）
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
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前言
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肉眼
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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
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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。
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。
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。
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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）。
荷兰人安东尼·冯·列文虎克（Anthony Von Leeuwenhoek)
列文虎克的显微镜
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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。