2-2 透射电子显微镜解析
第二章 透射电子显微镜 (TEM)
常见的衍射花样有以下几种类型：
① 非晶物质的花样：由数个弥散的同心圆环组成，环位 置和强度与原子周围的环境有关。
② 多晶物质的花样： 明锐的同心圆环组成，环半径及其 强度与晶体的结构有确定的关系。
③ 单晶花样：是平行四边形排列的二维点阵，斑点位置、 强度和排列的对称性与晶体结构有明确的定量关系。
θ
Fig6 Intracrystalline organic matrix
b a
c
Fig7.TEM image of cross-section column crystal in prismatic layer a. intracystal electron diffract stigma b.amorphous electron diffraction ring of intergranuler boundary
Fig3 decalciication organic framework of nacreous layer.
b a
c
Fig5.a. Non-decalcification zone b. Transition zone(Sub-structure of organic net) c. All- decalcification zoneห้องสมุดไป่ตู้
后焦平面 (衍射图)
A A1 A0 A2
物平面
B
B1 B0 B2
物镜
物镜光栏
像平面
B’
A’
图2-10 质厚衬度像成像原理
❖ 2>. 衍射衬度
入射电子同晶体 样品作用时，发 生布拉格散射,电 子只改变运动方 向，而不损失能 量，这种弹性散 射其强度与入射 电子方向和晶体 之间的相对取向 密切相关。
透射电子显微镜--原理
• • • • Brightness Lifetime Pressure (vacuum) = related to the price Maintenance
Zhengmin Li
16
各种电子枪的比较
Brightness (Candela)
Life time 40hr >2000Hr >7000Hr
Zhengmin Li 30
物镜极靴
（OL Polepiece）
Zhengmin Li 31
真空系统
电子显微镜镜筒必须具有很高的真空度,这是因 为:若电子枪中存在气体,会产生气体电离和放 电,炽热的阴极灯丝受到氧化或腐蚀而烧断;高 速电子受到气体分子的随机散射而降低成像衬 度以及污染样品。一般电子显微镜镜筒的真空 要求在10-4~10-6 Torr。真空系统就是用来把镜 筒中的气体抽掉,它由二级真空泵组成,前级为 机械泵,将镜筒预抽至10-3 Torr,第二级为油扩散 泵,将镜筒抽空至10-4~10-6 Torr的真空度后,电镜 才可以开始工作。
Zhengmin Li 3
德国EM-902
Zhengmin Li 4
日本电子株式会社 (JEOL) JEM-1230
Zhengmin Li 5
Philips EM400T
Zhengmin Li 6
Philips TECNAI-20
Zhengmin Li 7
TEM 的基本工作原理
电子枪产生的电子束经1~2级聚 光镜会聚后均匀照射到试样上的 某一待观察微小区域上,入射电 子与试样物质相互作用,由于试 样很薄,绝大部分电子穿透试样, 其强度分布与所观察试样区的形 貌、组织、结构一一对应。 在观察图形的荧光屏上,透射出 试样的放大投影像,荧光屏把电 子强度分布转变为人眼可见的光 强分布,于是在荧光屏上显出与 试样形貌、组织、结构相对应的 图像。
透射电子显微镜下的生物大分子结构解析
透射电子显微镜下的生物大分子结构解析一、透射电子显微镜技术概述透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种利用电子束穿透样品的高分辨率显微镜技术。
与传统的光学显微镜相比，透射电子显微镜能够提供纳米级别的分辨率，这使得它在生物大分子结构解析领域具有独特的优势。
本文将探讨透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用，分析其原理、技术特点以及在生物科学领域的重要作用。
1.1 透射电子显微镜的基本原理透射电子显微镜的工作原理基于电子光学原理，电子束通过电磁透镜聚焦，穿透样品后，由检测器接收并转换成图像。
由于电子波长远小于可见光，因此TEM能够达到比光学显微镜更高的分辨率。
1.2 透射电子显微镜的技术特点透射电子显微镜具有以下技术特点：- 高分辨率：能够达到原子级别的分辨率，适合观察生物大分子的精细结构。
- 多模式成像：除了传统的透射成像外，还可以进行扫描透射成像（STEM）和电子衍射等。
- 样品制备要求：需要将生物样品制备成极薄的切片，以确保电子束的有效穿透。
- 环境控制：需要在高真空环境下操作，以避免电子束与空气分子的相互作用。
1.3 透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用非常广泛，包括蛋白质、核酸、病毒等生物大分子的形态学研究和结构分析。
二、生物大分子结构解析的技术和方法生物大分子结构解析是一个复杂的过程，涉及多种技术和方法。
透射电子显微镜技术在这一过程中扮演着重要角色，但也需要与其他技术相结合，以获得更全面和准确的结构信息。
2.1 样品制备技术生物大分子的样品制备是结构解析的第一步，也是关键步骤之一。
透射电子显微镜要求样品必须足够薄，通常需要使用超微切割、冷冻断裂或聚焦离子束等技术来制备样品。
2.2 高分辨率成像技术高分辨率成像是获取生物大分子结构信息的基础。
透射电子显微镜通过优化电子束的聚焦、样品的放置和成像条件，可以获得高质量的图像。
TEM电子显微镜工作原理详解
TEM电子显微镜工作原理详解TEM电子显微镜是一种高分辨率的分析仪器，能够在纳米尺度下观察材料的微观结构和成分，对于研究材料的性质和特性具有重要意义。
本文将详细介绍TEM电子显微镜的工作原理，包括透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜。
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）工作原理：透射电子显微镜主要由电子光源、透镜和探测器组成。
首先，电子光源发射高能电子束，这些电子从阴极发射出来，经过加速器获得较高的能量。
然后，电子束通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和密集。
接着，电子束通过物质样本，部分电子被样本吸收或散射，形成透射电子。
这些透射电子被接收器捕获和放大成像，形成TEM图像。
透射电子显微镜的工作原理是基于电子的波粒二象性。
电子是一种粒子同时也是一种波动，其波动性质使得它具备非常短的波长，远远小于可见光的波长。
这使得TEM能够观察到比传统光学显微镜更小的尺度。
另外，透射电子显微镜在工作中还需要考虑电子束的束流强度、对样本的破坏性和控制样本与探测器之间的距离等因素。
TEM电子显微镜通过透射电子成像方式观察样本，因此对样本的制备要求非常高。
样品需要制备成非常薄的切片，通常厚度在几十纳米到几百纳米之间，以保证电子可以穿透。
对于一些无法制备成切片的样品，可以利用离子切割或焦离子技术获得透明的样品。
此外，在观察样本时需要避免污染和氧化等现象。
扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope，STEM）工作原理：扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种变种，它在透射成像的基础上加入了扫描功能。
STEM可以实现高分辨率的成像，同时也可以进行能谱分析和电子衍射。
STEM电子显微镜工作原理类似于透射电子显微镜，但需要注意的是，STEM使用的电子束并不需要通过所有的样本区域。
电子束只需通过样本中的一个小区域，然后扫描整个样本，因此样本制备要求和透射电子显微镜相比较低。
透射电子显微镜解析出材料结构与缺陷的微观形貌
透射电子显微镜解析出材料结构与缺陷的微观形貌材料科学与工程领域中，了解材料的微观结构和缺陷是极为重要的。
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）作为一种高分辨率的显微镜，被广泛应用于研究材料的微观结构和缺陷的形貌。
本文将对透射电子显微镜的原理以及其在解析材料结构和缺陷方面的应用进行探讨。
首先，我们来了解一下透射电子显微镜的原理。
TEM利用电子束的穿透性质，通过透射模式进行成像。
当电子束通过材料样品时，被材料中的原子核和电子云散射，形成折射、衍射和透射等效应。
其中，透射电子显微镜主要依靠透射电子的成像来解析材料的微观结构和缺陷。
在TEM中，电子束通过样品后，经过透射器（透镜）和投影透镜组件进行成像，最后由像差校正系统进行调整来提高成像质量。
透射电子显微镜的高分辨率使得它能够解析出材料的微观形貌，包括晶体结构、晶格缺陷和界面等。
透射电子显微镜在解析材料结构方面具有得天独厚的优势。
通过TEM的高分辨率成像，可以直接观察到材料的晶格结构。
晶体的晶体结构、晶胞参数、晶体方向和位错等重要的结构信息可以通过TEM成像来获得。
通过选取特定的衍射点和晶格平面，可以进一步通过电子衍射技术确定晶体结构。
透射电子衍射技术可以通过模式匹配和比对已知晶体结构的衍射图案来确定材料的晶体结构，为研究和设计材料提供了重要的依据。
此外，透射电子显微镜还可以帮助解析材料中的晶体缺陷。
晶格缺陷是材料中常见的现象，对材料的性能和行为产生显著影响。
通过透射电子显微镜观察，可以揭示出材料中的位错（dislocation）、嵌错（inclusion）、晶界（grain boundary）和尖晶石等各种缺陷。
位错是晶体中最常见的缺陷类型之一，它们对晶格的完整性和形貌起到了至关重要的作用。
透射电子显微镜可以通过成像和EDS（能谱分析）技术来定量和表征位错的类型和密度。
此外，透射电子显微镜还可以通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）技术对材料的晶界和界面进行观察，揭示出材料微观结构中的复杂性。
透射电子显微镜
其中，h表示普朗克常数，m0表示电子的静质量，E是加速后电子的能量。电子显微镜中的电子通常通过电子 热发射过程从钨灯丝上射出，或者采用场电子发射方式得到。随后电子通过电势差进行加速，并通过静电场与电 磁透镜聚焦在样品上。透射出的电子束包含有电子强度、相位、以及周期性的信息，这些信息将被用于成像。
基本的TEM光学元件布局图。从上至下，TEM包含有一个可能由钨丝制成也可能由六硼化镧制成的电子发射源。 对于钨丝，灯丝的形状可能是别针形也可能是小的钉形。而六硼化镧使用了很小的一块单晶。通过将电子枪与高 达10万伏-30万伏的高电压源相连，在电流足够大的时候，电子枪将会通过热电子发射或者场电子发射机制将电 子发射入真空。该过程通常会使用栅极来加速电子产生。一旦产生电子，TEM上边的透镜要求电子束形成需要的 大小射在需要的位置，以和样品发生作用。
电子能量损失光谱仪通常在光谱模式和图像模式上操作，这样就可以隔离或者排除特定的散射电子束。由于 在许多图像中，非弹性散射电子束包含了许多操作者不关心的信息，从而降低了有用信息的可观测性。这样，电 子能量损失光谱学技术可以通过排除不需要的电子束有效提高亮场观测图像与暗场观测图像的对比度。
晶体结构可以通过高分辨率透射电子显微镜来研究，这种技术也被称为相衬显微技术。当使用场发射电子源 的时候，观测图像通过由电子与样品相互作用导致的电子波相位的差别重构得出。然而由于图像还依赖于射在屏 幕上的电子的数量，对相衬图像的识别更加复杂。然而，这种成像方法的优势在于可以提供有关样品的更多信息。
使用透射电子显微镜解析材料的晶体结构
使用透射电子显微镜解析材料的晶体结构引言：透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种强大的工具，可以帮助科学家们深入研究材料的晶体结构。
通过TEM，我们可以观察到原子级别的细节，揭示材料内部的微观结构。
本文将探讨使用透射电子显微镜解析材料的晶体结构的原理、技术和应用。
一、透射电子显微镜的原理透射电子显微镜利用电子束通过材料的原理来观察样品的微观结构。
与光学显微镜不同，TEM使用的是电子束而不是光束，因此可以获得更高的分辨率。
电子束通过样品后，会与样品中的原子发生相互作用，产生散射。
通过收集和分析这些散射电子，我们可以推断出样品的晶体结构。
二、透射电子显微镜的技术1. 样品制备在使用TEM之前，首先需要制备高质量的样品。
样品通常是非常薄的薄片，通常在几十到几百纳米的范围内。
样品可以通过机械切割、离子蚀刻或电子束刻蚀等方法来制备。
制备过程需要非常小心，以避免样品的损坏或者形成不正确的结构。
2. 透射电子显微镜的操作在将样品放入透射电子显微镜之前，需要进行一系列的操作。
首先，样品需要被安装在一个细的网格上，以便电子束可以穿过样品。
然后，样品需要被放入真空室中，以避免电子束与空气分子的相互作用。
最后，调整透射电子显微镜的参数，如电子束的能量、聚焦和对比度等，以获得最佳的成像效果。
三、透射电子显微镜在材料研究中的应用1. 晶体结构分析透射电子显微镜可以帮助科学家们解析材料的晶体结构。
通过观察样品的衍射图案，我们可以确定晶体的晶格结构、晶面间距和晶体取向等信息。
这对于研究材料的物理性质和性能至关重要。
2. 缺陷和界面研究透射电子显微镜可以帮助我们研究材料中的缺陷和界面。
通过观察样品的高分辨率图像，我们可以发现晶体中的缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷等。
此外，我们还可以研究不同材料之间的界面，如晶界、颗粒界面和异质界面等。
3. 原位观察透射电子显微镜还可以进行原位观察，即在材料发生变化的过程中进行实时观察。
透射电子显微镜 原理
透射电子显微镜原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, 简称TEM）是一种利用电子束传递样品来获得细微结构的高分辨率显微镜。
它的原理是通过在真空中加速电子，将电子束通过光学透镜系统聚焦到样品上，并通过样品的透射情况来形成图像。
TEM的关键组件包括电子源、电子透镜系统、样品台、探测器和成像系统。
电子源产生的电子束经过一系列透镜系统（包括准直透镜、磁场透镜、投影透镜等），被聚焦到样品上。
样品位于一个特殊的样品台上，可以微调样品的位置和角度。
透射电子束通过样品后，部分电子被散射、散射和吸收。
散射电子和透射电子被探测器捕捉，并转化为电信号。
TEM的成像原理基于透射电子束与样品交互作用的差异。
样品内不同的区域对电子束有不同的散射、吸收和透射能力，导致不同的强度对比。
探测器会测量透射电子的能量和强度变化，并将其转换为光学图像。
最终，通过调节透射电子束的聚焦和探测参数，可以得到具有高分辨率的样品图像。
TEM具有极高的分辨率和能够观察样品内部结构的能力。
与光学显微镜相比，TEM利用电子束的波长远小于光的波长，可以克服光学显微镜的衍射极限。
因此，TEM可以观察更小的结构和更高的放大倍数。
此外，TEM还可以通过选定区域电子衍射（Selected Area Electron Diffraction, SAED）技术来研究晶体的晶格结构和材料的晶体学性质。
综上所述，透射电子显微镜通过控制电子束的聚焦和探测参数，利用透射电子与样品相互作用的差异，获得高分辨率的样品图像。
它是研究材料科学和纳米技术的重要工具。
2-2 透射电子显微镜
(a) 物镜和第一中间镜关闭
(b, c) 物镜下的小透镜OM透镜关闭
不同模式下成像透镜系统的光路图
1. 物 镜 用来获得第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透 镜。电镜的分辨率主要取决于物镜，必须尽可能降低像差。 物镜通常为强励磁、短焦透镜（f = 1-3mm）,放大倍数 100—300倍，目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm。
3) the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source) 4) software
电子光学系统：
统进行调整。
透射电子显微分析模式不同，对入射到样品的电子束要求
也不同。照明透镜系统可以实现从电子束平行照明到大会聚 角电子束照明条件。 主要通过两级聚光镜、汇聚小透镜和物镜的不同组合来实 现，不同的电镜模式不同。
两级聚光镜模式
聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强 度、孔径角和束斑大小。一般采用双聚光镜系统，如图所示。 C1—为强磁透镜， M
常用附件： EDAX 能谱仪
FIGURE 1.9. A selection of different commercial TEMs:
(B) Zeiss HRTEM with a Cs corrector and an in-column energy (A) JEM 1.25 MeV HVEM filter and an in-column energy filter
1. 电子照明系统 (电子枪，会聚镜系统） 2. 试样室 3. 成像放大系统 4. 图象记录装置
实验二细胞的超微结构—透射电镜下的细胞器
实验二细胞的超微结构—透射电镜下的细胞器实验目的：通过使用透射电子显微镜观察和研究细胞的超微结构，了解细胞器的形态和组织，以及其在细胞功能中的作用。
实验原理：透射电子显微镜是一种利用电子束通过样品的原理进行显微观察的仪器。
相比传统光学显微镜，透射电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数。
实验步骤：1.准备样品：使用透射电子显微镜需要制备薄片样品。
将细胞或组织固定、切片和上染色剂等。
2.调整放大倍数：根据需要观察的细胞器，调整透射电子显微镜的放大倍数。
3.开始观察：将样品放入透射电子显微镜中，调整焦距和对比度，开始观察细胞超微结构。
4.记录结果：使用电子显微镜拍摄或记录所见到的细胞器的图像和形态。
根据观察结果，对细胞器的结构和功能进行分析和讨论。
实验结果：观察细胞的超微结构可以看到许多细胞器，如细胞核、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体等。
细胞核是细胞的控制中心，一般位于细胞的中央。
在透射电镜下观察，可以看到核膜（由内核膜和外核膜组成）、核孔、核仁等结构。
核膜通过核孔与细胞质相连，核仁是RNA合成的地方。
线粒体是细胞的能量中心，通过细胞呼吸产生ATP。
在透射电镜下观察，线粒体呈棒状或梭形，内部含有许多内膜，并形成一系列被称为嵴（cristae）的褶层。
嵴上含有许多氧化酶，参与细胞呼吸。
内质网是细胞的重要细胞器之一，两个片层之间的空腔称为内质网腔。
内质网膜上覆盖着许多小颗粒，称为核糖体。
内质网分为粗面内质网和平滑内质网，前者存在核糖体，用于蛋白质合成，后者没有核糖体，参与脂质代谢和钙离子存储。
高尔基体是细胞的分泌细胞器，具有分泌蛋白质、糖蛋白质和磷脂等功能。
高尔基体由多个平面被膜囊构成，形成一系列被称为囊泡的结构。
在透射电镜下可以看到高尔基体具有一层由囊泡组成的堆叠结构。
溶酶体是细胞的消化系统，其内部含有多种水解酶。
溶酶体呈球状或椭圆形，在透射电镜下可以看到其内部含有酶泡。
溶酶体参与细胞内的废物降解和吞噬体的形成。
透射电子显微镜
•电子束倾斜与平移装置
利用电子束原位倾斜可以进行中心暗场成像操作
•消像散器
用来消除或减小透镜磁场的非轴对称性，把固 有的椭圆形磁场校正成旋转对称磁场的装置。 消像散器可以是机械式的，可 以是电磁式的。机械式的是在 电磁透镜的磁场周围放置几块 位置可以调节的导磁体，用它 们来吸引一部分磁场，把固有 的椭圆形磁场校正成接近旋转 对称的磁场。电磁式的是通过 电磁极间的吸引和排斥来校正 椭圆形磁场的
图9-3 双聚光镜原理图 聚光镜的作用是以最小的损失， 减小和调节束斑尺寸、调节照明 强度和照明孔径半角
•成像系统
由物镜、物镜光栏、选区光栏、中间镜（1、2）和投影镜组成 1.物镜
•
•
电镜的最关键的部分，其作用是将来自试样的弹性散射 束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构信息的衍射花 样；将来自透过试样的电子束会聚于其像平面上，构成 与试样组织相对应的显微图像。 物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍 射花样的透镜，透射电子显微镜分辨本领的高低主要取 决于物镜。因为物镜的任何缺陷都被成像系统中其它透 镜进一步放大。欲获得物镜的高分辨率，必须尽可能降 低像差（主要取决于极靴的形状和加工精度）。
很大，虽然荧光屏和底片之间有一些的间距，仍能得到清 晰的图像 .现代电镜已开始装有电子数码照相装置，即 CCD相机。
第二节
主要部件结构与工作原理
•样品台
电镜样品小而薄，通常用外径3mm的 样品铜网支持，网孔或方或园，约 0.075mm，见图。
样品台的作用是承载样品，并使样 品能作平移、倾斜、旋转，以选择 感兴趣的样品区域或位向进行观察 分析。透射电镜的样品是放置在物 镜的上下极靴之间，由于这里的空 间很小，所以透射电镜的样品也很 小，通常是直径3mm的薄片。
透射电子显微镜原理
透射电子显微镜原理
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）
是利用电子束取代光束进行观察和研究物质微观结构的高分辨率显微镜。
透射电子显微镜的原理基于电子的波粒二象性。
电子具有很短的波长，远小于可见光的波长，因此可以获得更高的分辨率。
透射电子显微镜利用聚焦和成像系统将电子束聚焦到样品上，并通过样品传输的电子束进行观察。
首先，电子枪产生高能电子束，经过一系列的透镜系统，使电子束变得较为平行和聚焦。
然后，电子束直接照射在样品上。
样品是非晶态薄片或超薄金属晶片，电子束在样品中透射、发生散射或被吸收。
透射的电子被投射到一个投影和透镜系统中。
透射电子显微镜中的投影和透镜系统主要包括两个关键元素：物镜和目镜。
物镜具有较高的放大倍数，将透射的电子束转换为放大的显微图像。
目镜则进一步放大物镜所得到的显微图像，使其可以被人眼观察。
通过调整投影和透镜系统的电位差，可以控制电子束的聚焦、放大和成像效果。
同时，样品本身的性质也会影响到电子束的透射和散射行为，进而影响到显微图像的质量。
透射电子显微镜可以提供非常高的分辨率，在纳米尺度下观察和研究物质的微观结构。
它广泛应用于材料科学、生物学、纳
米技术等领域，在研究和开发新材料、探索生物分子结构以及研究纳米尺度现象方面发挥着重要作用。
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电子光学系统：
1. 电子照明系统 (电子枪，会聚镜系统） 2. 试样室 3. 成像放大系统 4. 图象记录装置
电子光学系统： 1. 电子照明系统 (电子枪，会聚镜系统） *电子枪： 10-5乇，以空气锁与试样室隔开 *会聚镜系统： 控制 e 束照射区域及强度 第一会聚镜： 强透镜短焦距，缩小 束径,会聚在后焦面， d1 1m 会聚光栏： 控制 e 束发散及柱体中 的气体向电子枪区域扩散。 第二会聚镜： 弱透镜，扩束为2d， ED用，散焦减小孔径角，平行束。 会聚光栏： 加上消像散器，可变 50－400μm，降低球差，消除像散
电子枪（electron gun ）- 提供电子
照明透镜与偏转系统：- 控制电子束
透射电子显微分析模式不同，对入射到样品的电子束要求也不同。
照明透镜系统可以实现从电子束平行照明到大会聚角电子束照明
条件。
Imaging system
组成：由电子枪、聚光镜（1、2级）和相应的平移对中、 倾斜调节装置组成。
M Mob Mm M P 调节透镜的激磁电流
M ob通常等于 100，M ob max 300, Smax 1 A
0
物镜 中间镜 投影镜
物镜光栏： ob极靴进口表面， 缩小孔径角用。 衬度光栏： ob后焦面上,可变。 选区光栏： ob像平面上，可变 。 4. 图象记录装置： 荧光屏 照像装置
3. 偏转系统 偏转系统可以实现相应的平移对中、倾斜调节，电子束
倾斜2—30以实现中心暗场成像。
2.1.2 成像系统
由物镜、物镜光栏、选区光栏、中间镜（1、2）和投 影镜组成
Specimen
Objective aperture
Objective lens SAD aperture Intermediate lens Projector lens
两级聚光镜模式
聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强 度、孔径角和束斑大小。一般采用双聚光镜系统，如图所示。 C1—为强磁透镜， M
1 1 10 50
C2—弱磁透镜，长焦，小α
为了调整束斑大小，在C2聚光镜 下装一个聚光镜光栏。通常经 二级聚光后可获得几um的电子 束斑；
Screen
某常用型号TEM成像透镜系统的光路图
(a) 物镜和第一中间镜关闭
点分辨率：0.23 nm 线分辨率：0.14 nm 物镜球差系数：1.2mm 物镜色差系数：1.2mm 放大倍数：25X～1050000X
常用附件： EDAX 能谱仪
2.1 透射电子显微镜的结构与成像原理
透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电
磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。
电子光学系统（镜筒）
（an electron optical column） 电子光学系统（镜筒）是 其核心，它的光路图与透 射光学显微镜相似，如图
所示，包括：
照明系统 成像系统 观察 记录系 统
2.1.1 照明系统（The illumination system） 照明系统包括：电子枪和照明透镜与偏转系统。
为了减小像散，在C2下还要装一 个消像散器，以校正磁场成轴 对称性的；
focus
underfocus overfocus
组合模式
某电镜不同模式下照明透镜系统的光路图
a)
b) c)
透射成像模式：通过励磁电流很强的汇聚小透镜，使电子束汇聚在物镜的前焦点位置
微衍射和微区成分分析模式：关闭会聚小透镜的励磁电流，由于物镜的作用，电子束被 会 聚在样品的表面，电子束的会聚角很大 小区域的透射电镜观察模式：采用小尺寸聚光镜光阑和小汇聚角
2. 试样室：空气锁的保证换 样同时电镜柱体的真空度。 试样装入方式: ①侧入式， 可作较大倾斜,双倾,平 衡性稍差. ②顶入式 不能作倾斜，平衡性好. 冷、热台，加压、拉伸
3. 成象放大系统： 物镜像平面＝中间镜前焦面 f samp f物前 物镜后焦平面＝中间镜前焦面(ED) 中间镜像平面＝投影镜前焦面
子束在栅极和阳极间会聚 为尺寸为d0的交叉点，通
常为几十um。
栅极的作用： 限制和稳定电流。
2.照明透镜系统
从电子枪发射出的电子束，束斑尺寸大，相干性差，不能
直接用于样品照明，需进一步根据照明要求使用照明透镜系
统进行调整。
透射电子显微分析模式不同，对入射到样品的电子束要求
也不同。照明透镜系统可以实现从电子束平行照明到大会聚 角电子束照明条件。 主要通过两级聚光镜、汇聚小透镜和物镜的不同组合来实 现，不同的电镜模式不同。
1. 电子枪 电子枪是电镜的电子源。其作用是发射并加速电子，并 会聚成交叉点。
目前电子显微镜使用的电子源有两类：
热电子源——加热时产生电子，W丝，LaB6 场发射源——在强电场作用下产生电子，场发射电镜FE
热阴极电子源电子枪的
结构如图所示，形成自偏 压回路，栅极和阴极之间
存在数百伏的电位差。电
第2章 透射电子显微镜 （ Transmission Electron Microscope - TEM ）
设备名称 分析透射电镜 型 号 Tecnai G2 20 （FEI 公司）
功能及用途 应用领域：用于金属材料、陶瓷材料、 复合材料及高分子生物材料的结构及 化学组成的微观可视性观察和分析 主要用途： 透射电镜样品形貌，相应选区电子衍 射观察 微衍射及相干电子衍射观察； 配合特征X射线能谱仪(EDS)进行成分 分析 技术指标
There are four main components to a transmission electron microscope: 1) an electron optical column 2) a vacuum system
3) the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source) 4) software