透射电镜结构原理及明暗场成像#精选、
第十章透射电镜的结构与成像原理
第十章透射电镜的结构与成像原理第十章透射电镜的结构与成像原理透射电镜构造原理透射电镜一般是电子光学系统、真空系统和电源与控制系统三大部分组成。
电子光学系统通常称为镜筒，是透射电子显微镜的核心，它又可以分为照明系统、成像系统和观察记录系统。
下图是电镜电子光学系统的示意图，其中左边是电镜的剖面图，右边是电镜的示意图和光学显微镜的示意图对比。
由图中可以看出，电镜中的电子光学系统主要包括电子枪、聚光镜、试样台、物镜、物镜光阑、选区光阑、中间镜、投影镜和观察记录系统等几部分组成，其成像的光路与光学显微镜基本相同。
电镜的电子光学系统中，一般将电子枪和聚光镜归为照明系统，将物镜、中间镜和投影镜归为成像系统，而观察记录系统则一般是荧光屏和照相机，现在的电镜往往还配有慢扫描CCD相机，主要用来记录高分辨像和一般的电子显微像。
下图是电子光学系统的框架图。
第一节照明系统照明系统由电子枪、聚光镜以及相应的平移、倾转和对中等调节装置组成，其作用是提供一束亮度高、照明孔径半角小、平行度好、束流稳定的照明源。
为了满足明场和暗场成像的需要，照明束可以在5度范围内倾转。
1.1电子枪电子枪可分为热阴极电子枪和场发射电子枪。
热阴极电子枪的材料主要有钨丝(W)和六硼化镧(LaB6)而场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和Schottky场发射，Schottky场发射也归到热场发射。
场发射电子枪的材料必须是高强度材料，一般采用的是单晶钨，但现在有采用六硼化镧(LaB6)的趋势。
下一代场发射电子枪的材料极有可能是碳纳米管。
A、热阴级电子枪热电子枪由灯丝（阴极）、栅极帽、阳极组成。
常用灯丝为钨丝（如H-800)、LaB6(如JEM-3010)。
下图为热阴级电子枪的示意图。
其中左图是电子枪自偏压回路的示意图，右边是电子枪中等电压面的示意图。
下图是热阴级电子枪的实图，其中左边是钨灯丝电子枪，右边是六硼化镧电子枪。
钨灯丝电子枪的特点是价格便宜，对真空系统的要求不高，一般用比较老式的电镜中；而六硼化镧灯丝的性能要优于钨灯丝，在现在的电镜中，热阴级电子枪一般采用六硼化镧灯丝。
明场像和暗场像
明场像和暗场像The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。
透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成像和放大，然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。
在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。
明暗场成像原理:晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别)，是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的，因此称其为衍射衬度，以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。
如果只允许透射束通过物镜光栏成像，称其为明场像；如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像，则称为暗场像。
有关明暗场成像的光路原理参见图2-1。
就衍射衬度而言，样品中不同部位结构或取向的差别，实际上表现在满足或偏离布喇格条件程度上的差别。
满足布喇格条件的区域，衍射束强度较高，而透射束强度相对较弱，用透射束成明场像该区域呈暗衬度；反之，偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱，透射束强度相对较高，该区域在明场像中显示亮衬度。
而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。
如果在一个晶粒内，在双光束衍射条件下，明场像与暗场像的衬度恰好相反。
a) 明场成像 b) 中心暗场成像明暗场成像是透射电镜最基本也是最常用的技术方法，其操作比较容易，这里仅对暗场像操作及其要点简单介绍如下：(1)在明场像下寻找感兴趣的视场。
(2) 插入选区光栏围住所选择的视场。
(3) 按“衍射”按钮转入衍射操作方式，取出物镜光栏，此时荧光屏上将显示选区域内晶体产生的衍射花样。
为获得较强的衍射束，可适当的倾转样品调整其取向。
高角环形暗场扫描透射电镜工作原理
高角环形暗场扫描透射电镜工作原理高角环形暗场扫描透射电镜工作原理简介高角环形暗场扫描透射电镜（Scanning Transmission Electron Microscope，简称STEM）是一种强大的工具，用于研究材料的结构和性质。
它利用高能电子束通过样品，将样品的微观结构显微地显示出来，并提供高分辨率的图像和化学分析。
工作原理1.发射电子源：STEM使用一种极其尖锐的发射电子源，如钨尖或场致发射电源。
这个发射电子源发射出非常细的电子束，用于对样品进行扫描。
2.高能电子束：生成的电子束被加速到非常高的能量，通常在几千伏到几十万伏之间。
这样高能的电子束可以穿过样品，并与样品中的原子或分子发生相互作用。
3.透射电子模式：在STEM中，使用透射电子模式来观察样品。
透射电子模式允许电子束穿透样品，并通过其中的原子或分子与电子进行相互作用。
这种相互作用会散射部分电子，产生信号。
4.暗场探测：暗场是一种特殊的探测方式。
在STEM中，使用环形暗场探测器来收集散射电子。
环形暗场探测器位于电子束后方，收集在一个特定角度范围内散射的电子。
由于暗场探测器只收集散射电子，相对于亮场探测器，它能提供更高的对比度。
5.扫描：STEM是一种扫描电子显微镜，可以通过扫描样品表面的方式获取完整的成像。
电子束被聚焦到非常小的点上，然后在样品上进行扫描，在每个扫描位置收集散射电子。
通过多个扫描位置的叠加，可以生成一幅高分辨率的图像。
功能和应用1.高分辨率成像：STEM提供高分辨率的成像，可以显示样品中的各种微观结构，例如晶体缺陷、晶界和原子排列等。
它可以显示出高度细节的图像，对材料科学和纳米技术的研究非常有用。
2.化学分析：STEM还可以进行化学分析，通过透射电子能谱（Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy，简称EDS）技术来确定样品中不同元素的含量和分布情况。
这项功能使STEM成为研究材料的化学成分和晶体结构的有力工具。
透射电镜结构原理及明暗场成像
透射电镜结构原理及明暗场成像透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种利用电子束来观察物质微观结构的仪器。
与光学显微镜相比，透射电镜具有更高的分辨率和更强的放大能力。
其结构原理主要包括电子源、透射电子束、样品与透射电镜之间的相互作用、透射电镜成像系统。
1.电子源：透射电子显微镜主要使用热电子发射阴极作为电子源。
通常使用钨丝发射、氧化物表面发射或冷钨阴极等方式来产生电子束。
2.透射电子束：电子源发射出的电子经过一系列的电子光学透镜系统进行聚焦和调节，形成一束准直的电子束。
透射电子束的能量通常为几千伏到几十万伏之间，能量越高，穿透力越强。
3.样品与透射电镜之间的相互作用：透射电子束通过样品后，会与样品中的原子和分子发生相互作用。
这些相互作用包括散射、散射衍射和吸收。
这些相互作用使得电子束的方向、速度、能量等发生变化。
透射电子显微镜中的明暗场成像原理如下：1.明场成像：在明场条件下，样品中的透射电子束被物镜聚焦，形成一个清晰的像。
物体的亮度取决于电子束的强度，在没有样品的地方透射电子束强度最大，物体越厚，透射强度就越小，呈现出亮度变暗的效果。
明场成像适合于观察形貌和表面特性。
2.暗场成像：在暗场条件下，样品被遮挡住一部分区域，只有经过遮挡区域的电子束能够通过。
这样，只有经过散射才能把电子束引入投影镜，通过暗场的形成，呈现出样品的内部结构。
暗场成像适合于观察晶体缺陷、界面反应等。
总之，透射电子显微镜利用电子束的穿透性质，通过样品与电子束的相互作用以及透射电镜的光学系统，实现了对物质微观结构的高分辨率观察。
明暗场成像原理使得我们可以观察到不同结构和特性的样品的不同信息。
透射电镜的原理和应用
透射电镜的原理和应用透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种使用电子束来对物质进行成像和分析的先进仪器。
相对于光学显微镜，透射电镜的分辨率更高，可以观察到更小尺寸的物体和更细微的细节。
下文将详细介绍透射电镜的原理和应用。
一、原理透射电镜的工作原理基于电子的波粒二象性。
当高速电子束穿过薄样品时，电子与样品原子发生散射或透射，这些散射和透射电子可以通过其中一种方式被聚焦后投射到屏幕上形成影像。
透射电镜的主要组成部分包括电子源、电子透镜系统、样品台、检测器和成像系统。
2.电子透镜系统：透射电镜中使用的电子透镜系统包括凸透镜、凹透镜和电磁透镜等，用于聚焦和控制电子束的路径。
3.样品台：样品台用于固定和支持待观察的样品。
在样品台上放置薄到几十纳米的切片样品，以便电子束能够透过。
4.检测器：透射电镜中常用的检测器包括透射电子探测器（TED）、散射电子探测器（SED）和能量散射光谱仪（EDS）等。
TED用于接收透射电子并产生明亮的影像，SED用于检测和分析散射电子的信息，EDS用于分析样品中的元素组成。
5.成像系统：透射电镜的成像系统包括投影屏幕、摄像机和电子显微图像处理设备。
通过调整电子透镜系统，可以将电子束上的信息转换成实时图像并显示在投影屏幕上。
二、应用透射电镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有广泛的应用。
以下是透射电镜的几个主要应用。
1.结构表征：透射电镜可以用于观察材料的结构和形貌。
它能够提供高分辨率的图像，揭示物质的晶体结构、晶体缺陷、晶界和相界等微观结构信息。
2.成分分析：透射电镜结合能量散射光谱仪（EDS）可以分析样品中元素的组成。
EDS通过测量样品上散射电子的能量，确定样品中元素的成分和含量。
3.纳米材料研究：透射电镜可以研究和制备纳米尺寸的材料。
通过观察和测量纳米材料的形貌、尺寸和结构，可以了解纳米材料的特性和性能，并指导纳米材料的设计和合成。
明场像与暗场像都有什么区别呢
明场像与暗场像都有什么区别呢一个是透射束成像，一个是衍射束成像透射电镜图像分为试样的显微像和衍射花样，这两种像分别为不同电子成像，前者是透射电子成像，后者为散射电子成像。
透射电镜中，不仅可以选择特定的像区进行电子衍射（选区电子衍射），还可以选择成像电子束。
（选择衍射成像）明场像（BF）：选用直射电子形成的像（透射束），像清晰。
暗场像（DF）：选用散射电子形成的像（衍射束），像有畸变、分辨率低。
成像电子的选择是通过在物镜的背焦面上插入物镜光阑来实现的。
中心暗场像（CDF）：入射电子束对试样倾斜照明，得到的暗场像。
像不畸变、分辨率高。
暗场成像条件下，成像电子束偏离透射电镜的光轴，造成较大的像差，成像质量差，为获得高质量暗场像，采取中心暗场成像。
即入射电子束反向倾斜一个相应的散射角度，使散射电子沿光轴传播。
所谓明场，暗场成像只是对低倍观察时说的。
一般来说，观察形貌我们都比较喜欢用明场像，因为成像衬度好（尤其是加了合适的光阑），形变小。
其主要表现为厚度衬度，对厚度敏感。
而观察缺陷如位错，孪晶的时候喜欢用暗场像，因为暗场像是来自于选定的某个衍射束，对应于晶体特定的晶面。
在缺陷地方，电子衍射的方向和完整的地方不一样，从而使得缺陷地方能够在暗场像上清楚的显示出来。
而明场像因为是多个衍射束的成像，对缺陷不敏感，虽然有时候也能反应出缺陷，但是及其模糊。
其主要表现为衍射衬度。
也就是对衍射面敏感。
比如说一个孪晶材料，对于明场，孪晶界面很淡，但是选择合适的衍射点做暗场像可以很清楚的看见孪晶界面。
而且选择其中一个晶体特有的衍射点，做暗场可以发现只有这一个晶体出现在图像上，而另外一个晶体看不见。
对于暗场一个重要的用途是观察层错，比如说立方晶系里面的111方向的层错用明场像无法看出来。
因为有缺陷和无缺陷的地方厚度一样。
但是暗场像在特定的方向观察时，可以观察到三角形或者蝴蝶状甚至金字塔装的衬度明暗条纹。
这个时候用到的一个TEM技术叫做双束。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜的原理一、透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：1、吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。
样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。
早期的透射电子显微镜都是基于这种原理。
2、衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。
3、相位像：当样品薄至100Å以下时，电子可以穿过样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。
二、扫描电子显微镜成像原理扫描电子显微镜通过用聚焦电子束扫描样品的表面来产生样品表面的图像。
电子与样品中的原子相互作用，产生包含关于样品的表面测绘学形貌和组成的信息的各种信号。
电子束通常以光栅扫描图案扫描，并且光束的位置与检测到的信号组合以产生图像。
扫描电子显微镜可以实现分辨率优于1纳米。
样品可以在高真空，低真空，湿条件（用环境扫描电子显微镜）以及宽范围的低温或高温下观察到。
最常见的扫描电子显微镜模式是检测由电子束激发的原子发射的二次电子。
可以检测的二次电子的数量，取决于样品测绘学形貌，以及取决于其他因素。
通过扫描样品并使用特殊检测器收集被发射的二次电子，创建了显示表面的形貌的图像。
它还可能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，鉴定样品的表面结构。
扩展资料：在使用透视电子显微镜观察生物样品前样品必须被预先处理。
随不同研究要求的需要科学家使用不同的处理方法。
1、固定：为了尽量保存样本的原样使用戊二醛来硬化样本和使用锇酸来染色脂肪。
2、冷固定：将样本放在液态的乙烷中速冻，这样水不会结晶，而形成非晶体的冰。
这样保存的样品损坏比较小，但图像的对比度非常低。
3、脱干：使用乙醇和丙酮来取代水。
4、垫入：样本被垫入后可以分割。
5、分割：将样本使用金刚石刃切成薄片。
透射电镜的结构原理及应用
透射电镜的结构原理及应用1. 介绍透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种基于电子束传输与样品交互作用的高分辨率显微镜。
透射电镜通过在样品上透射的电子束来形成图像，因此可以观察到原子尺度的细节。
本文将介绍透射电镜的结构原理以及其应用领域。
2. 结构原理透射电子显微镜的基本结构由以下几个主要组件组成：2.1 电子源透射电子显微镜使用高速电子束来照射样品。
电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极发射高能电子。
电子源生成的电子束必须具有高度的单色性和准直性。
2.2 准直系统准直系统用于控制电子束的方向和准直度，确保电子束可以尽可能准直地照射到样品上。
准直系统通常包括准直光阑和采购透镜。
2.3 束流衰减系统束流衰减系统用于控制电子束的强度，以适应不同的样品特性和实验需求。
束流衰减系统包括限制光阑、透镜和衰减器等组件。
2.4 对焦系统对焦系统用于控制电子束的焦距，以确保电子束能够聚焦在样品表面或其内部的特定区域。
对焦系统包括透镜和聚焦光阑。
2.5 样品台和检测系统样品台是放置样品的平台，通常具有三维移动的能力，以便于调整样品的位置和观察区域。
检测系统用于检测透射电子束与样品交互后的信号，并将其转化为图像。
3. 应用领域透射电子显微镜在各个科学领域中具有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：3.1 材料科学透射电子显微镜可以观察和分析材料的微观结构、晶格缺陷、晶体取向等特征。
它被广泛应用于纳米材料、催化剂、半导体器件等领域。
3.2 生物学透射电子显微镜在生物学研究中发挥着重要作用，可以观察和研究生物细胞、组织和病毒等微观结构。
它被用于研究生物分子的结构、功能和相互作用。
3.3 纳米技术透射电子显微镜对于纳米技术的研究和开发非常关键。
它能够观察和控制纳米材料和纳米结构，有助于纳米器件的设计和制造。
3.4 地球科学透射电子显微镜在地质和地球科学中也具有重要的应用价值。
TEM透射电子显微镜的成像原理
缺陷晶体衍射波合波的振幅为
∑ φ = F e−2πiK⋅Rn′
K = g + s Rn' = Rn + R
完整晶体的衍 射强度公式
缺陷晶体衍射波合成振幅为
∑ φ = F e ⋅ e −2π isz −2π ig⋅R
a = 2π g ⋅ R
是研究缺陷衬度的一个非常重要的参数
a = 0, 表示g ⊥ R
the S phase precipitate in dark contrast in (a) with surrounding matrix (the streaks emanating from the
brighter Al spots are an artefact due to camera saturation); (c) simulated SAD pattern corresponding
Rn = xna + ynb + znc
其a 中b ， ，c 是单胞的基矢
对于所考虑的晶柱来说， xn = yn = 0
因此， P 0 处的合成波振幅为
∑ ∑ φg = F
e−2π iK⋅Rn = F
e−2π iK⋅( znc)
n
n
K =g+s
s = sxa∗ +syb∗ +szc∗
∑ ∑ φ = F e = F e −2πiK⋅Rn
(b)旋转Moiré 条纹
图3.66 Moiré 条纹形成原理图(c)通常Moiré 条纹
明场像
暗场像
晶体中的取向：多晶、析出物、 缺欠
多晶
析出物
共格
位错
半共格
非共格
Байду номын сангаас
实验二透射电镜结构原理及明暗场成像
实验二透射电镜结构原理及明暗场成像一、实验内容及实验目的1．结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以加深对透射电镜结构的整体印象，加深对透射电镜工作原理的了解。
2．选用合适的样品，通过明暗场像操作的实际演示，了解明暗场成像原理。
二、透射电镜的基本结构及工作原理透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。
透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成像和放大，然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。
在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。
透射电子显微镜按加速电压分类，通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。
提高加速电压，可缩短入射电子的波长。
一方面有利于提高电镜的分辨率；同时又可以提高对试样的穿透能力，这不仅可以放宽对试样减薄的要求，而且厚试样与近二维状态的薄试样相比，更接近三维的实际情况。
就当前各研究领域使用的透射电镜来看，其主要三个性能指标大致如下：加速电压：80～3000kV分辨率：点分辨率为0.2～0.35nm、线分辨率为0.1～0.2nm最高放大倍数：30～100万倍尽管近年来商品电镜的型号繁多，高性能多用途的透射电镜不断出现，但总体说来，透射电镜一般由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统三大部分组成。
此外，还包括一些附加的仪器和部件、软件等。
有关的透射电镜的工作原理可参照教材，并结合本实验室的透射电镜，根据具体情况进行介绍和讲解。
以下仅对透射电镜的基本结构作简单介绍。
1．电子光学系统电子光学系统通常又称为镜筒，是电镜的最基本组成部分，是用于提供照明、成像、显像和记录的装置。
整个镜筒自上而下顺序排列着电子枪、双聚光镜、样品室、物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏及照相室等。
透射电镜明暗场成像原理
透射电镜明暗场成像原理哎呀，透射电镜这玩意儿，说起来可真是让人头大。
你知道吗，我最近在实验室里搞这个，整天对着显微镜，眼睛都快成斗鸡眼了。
不过呢，说起来也挺有趣的，就像看一场微观世界的电影。
首先得说说，透射电镜这家伙，它可不简单。
它能把那些我们肉眼看不见的小东西，比如细菌啊、病毒啊，放大到我们能看清楚。
这就像是给显微镜装了个超级放大镜，不过这个放大镜可不一般，它用的是电子束，不是普通的光线。
明暗场成像，这俩词听起来挺高大上的，其实说白了，就是看东西的时候，有的地方亮，有的地方暗。
这跟我们平时拍照差不多，有的地方曝光过度，有的地方曝光不足。
但是，在透射电镜里，这明暗可不简单，它们能告诉我们好多关于样品的信息。
比如说，明场成像，就是电子束直接穿过样品，然后打到屏幕上，形成图像。
这就像是你拿着手电筒照在一张纸上，纸上的字透过光就能看见了。
但是，如果纸上有凸起或者凹陷，那些地方就会挡住光线，形成阴影。
在透射电镜里，样品上的不同结构也会让电子束发生偏转，形成明暗不同的区域。
暗场成像就更有意思了。
这就像是你用手电筒照在一张纸上，但是不看纸，而是看那些被纸挡住的光。
在透射电镜里，就是让那些被样品挡住的电子束形成图像。
这样，样品上的凸起或者凹陷就会显得特别明显，因为它们挡住了更多的电子束。
我记得有一次，我在显微镜下观察一个样品，那是一个细菌的切片。
我调整了透射电镜的参数，先是用明场成像，看到细菌的轮廓，然后切换到暗场成像，那些细菌的表面结构就变得异常清晰。
那种感觉，就像是你突然戴上了一副3D眼镜，看2D电影变成了立体的。
透射电镜的这些成像原理，虽然听起来挺复杂的，但只要你亲自操作一次，就会觉得，哇，这玩意儿真是太神奇了。
它就像是打开了一扇通往微观世界的大门，让我们能够看到那些我们平时根本看不到的东西。
所以，下次你要是有机会，也去试试透射电镜，感受一下那种从微观世界里看到宏观世界的感觉。
不过，记得保护好你的眼睛，别像我一样，整天盯着显微镜，眼睛都快成斗鸡眼了。
透射电子显微镜原理及结构
3.2 透射电镜主要性能指标
(1)分辨率 是透射电镜的最主要的性能指标，它反应了电镜显示亚
显微组织、结构细节的能力。用两种指标表示： ❖点分辨率：表示电镜所能分辨的两个点之间的最小距离。 ❖线分辨率：表示电镜所能分辨的两条线之间的最小距离。
在实际制作塑料-碳二级复型时，往往把第一、 二次的塑料复型弃去不要，以清洁表面。而萃取复 型则有意识的通过选择适当的侵蚀剂侵蚀试块表面， 形成浮雕，用复型膜把需要观察的相（一般是指第 二相）萃取下来。
3.3 透射电镜样品制备方法
3..3.1 间接样品的制备
3、复型像及复型衬度的改善
有些材料不能直接制成薄膜样品，往往采用复型技术 把材料表面复制下来，制成复型膜，在电镜上观察。这 种用复型膜形成的电子图象可称为复型像。
July 2021
2、Our destiny offers not only the cup of d of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
d L R K R
直到50年代，才随着电子显微镜的发展，把成像和 衍射有机地联系起来后，为物相分析和晶体结构分析研 究开拓了新的途径。
许多材料和粘土矿物中的晶粒只有几十微米大小，有 时甚至小到几百纳米，不能用X射线进行单个晶体的衍 射，但却可以用电子显微镜在放大几万倍的情况下，用 选区电子衍射和微束电子衍射来确定其物相或研究这些 微晶的晶体结构。
将待观察的试样按预定取向切割成薄片，再经机 械减薄抛光等过程预减薄至30～40um的薄膜。把薄 膜钻取或切取成尺寸为2.5～3mm的小片。装入离子 轰击减薄装置进行离子轰击减薄和离子抛光。
1透射电镜结构及明暗场成像
透射电镜结构原理及明暗场成像1 简介透射电子显微镜如图1所示（Transmission Electron Microscope，TEM）是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备，透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。
透射电子显微镜按加速电压分类，通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。
提高加速电压，可缩短入射电子的波长。
一方面有利于提高电镜的分辨率；同时又可以提高对试样的穿透能力，这不仅可以放宽对试样减薄的要求，而且厚试样与近二维状态的薄试样相比，更接近三维的实际情况，在自然科学研究中起到日益重要的作用图1 透射电镜2 透射电镜的基本结构及工作原理透射电子显微镜由以下几大部分组成：照明系统，成像光学系统；记录系统；真空系统;电气系统，如图2所示。
成像光学系统，又称镜筒，是透射电镜的主体。
照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。
电子枪是发射电子的照明光源。
聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而成的交叉点进一步会聚后照射到样品上。
照明系统的作用就是提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。
图2 透射电子显微镜主体的剖面图成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成。
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。
通常采用强激磁，短焦距的物镜。
物镜是一个强激磁短焦距的透镜，它的放大倍数较高，一般为100-300倍。
目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm左右。
中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜，可在0-20倍范围调节。
当M>1时，用来进一步放大物镜的像；当M<1时，用来缩小物镜的像。
在电镜操作过程中，主要是利用中间镜的可变倍率来控制电镜的放大倍数。
透射电镜的结构原理与应用
透射电镜的结构原理与应用1. 介绍透射电镜是一种重要的科学仪器，广泛应用于物质结构表征、纳米级材料研究以及材料性能分析等领域。
本文将介绍透射电镜的基本结构原理和主要应用。
2. 结构原理透射电镜由以下几个主要组成部分构成：2.1 电子源透射电镜通过发射电子来照射样品，产生透射电子图像。
常用的电子源有热阴极电子枪和场发射电子枪。
2.2 透镜系统透镜系统用于聚焦电子束，使其尽可能细致地照射样品。
透镜系统由几个透镜组成，包括聚焦透镜和物镜透镜。
2.3 样品台样品台用于支撑和定位样品，通常由精细的机械组件构成，可以在不同角度下观察样品。
2.4 检测器检测器用于捕捉透射电子，并将其转化为图像或电子衍射图样。
常见的检测器包括二维探测器和散射探测器。
3. 应用领域3.1 材料科学透射电镜在材料科学领域中有着广泛的应用。
通过观察材料的微观结构，可以研究材料的晶体结构、晶格畸变以及材料的相变等。
同时，透射电镜还可以通过观察样品的元素分布和组分分析，来研究材料的化学成分。
3.2 纳米科学纳米科学是近年来快速发展的一个领域，透射电镜在纳米级材料研究中起到了重要的作用。
透射电镜可以观察纳米材料的尺寸、形貌以及内部结构。
通过控制纳米材料的合成和制备过程，可以实现对纳米结构的精确控制。
3.3 生物学在生物学领域，透射电镜被广泛应用于细胞学和分子生物学的研究。
透射电镜可以观察细胞的超微结构，如细胞核、质体和线粒体等。
通过观察生物样品的超微结构，可以深入了解生物体的功能和活动。
3.4 材料分析透射电镜还可以用于材料的结构和化学组成的分析。
通过透射电镜的高分辨率成像和电子衍射技术，可以对材料的微观结构进行定量分析。
同时，透射电镜还可以进行元素分析和晶体学分析等。
4. 总结透射电镜作为一种重要的科学仪器，在材料科学、纳米科学、生物学以及材料分析等领域发挥着重要作用。
通过了解透射电镜的结构原理和主要应用，可以更好地利用透射电镜进行科学研究和实验工作。
TEM原理实验
实验二透射电镜结构原理及明暗场成像一实验目的1 结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以加深对透射电镜结构的整体印象加深对透射电镜工作原理的了解。
2 选用合适的样品，说道明暗场像操作的实际演示，了解明暗场成像原理。
二实验原理：1 TEM中电子衍射原理电镜中的电子衍射,其衍射几何与X射线完全相同,都遵循布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系. 衍射方向可以由厄瓦尔德球(反射球)作图求出.因此,许多问题可用与X射线衍射相类似的方法处理.2 TEM工作原理透射电子显微镜是—种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。
被广泛应用于材料科学等研究领域。
透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经出聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成保和放大，然而电子束投射到主镜筒最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。
在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。
图2-1 TEM成像原理从左至右依次为高放大率、衍射、低放大率、极低放大率2.1 TEM结构组成图2-2 TEM与光学显微镜结构原理比较TEM由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。
电子光学系统通常称镜筒，是透射电子显微镜的核心，它的光路原理与透射光学显微镜十分相似，如图所示。
它分为三部分，即照明系统、成像系统和观察记录系统。
实验所用仪器本实验采用FEI公司生产的Tecnai G2 20透射电子显微镜（见图2-3）仪器介绍:Tecnai G2 20透射电子显微镜是当今很先进的200kV分析电镜，该仪器采用LaB6灯丝，具有很高的亮度。
结构紧凑、完美的电子光学系统，全自动的计算机控制，确保仪器长期的稳定性。
在该设备上还配有EDAX能谱系统，可以进行原位的元素成分分析。
Tecnai G2 20采用特殊设计, 可以快速有效地采集和处理信号, 并将高分辨图像、明场/暗场图像、STEM图像、电子衍射和详细的微观分析有机的结合起来。
透射电镜分析
透射电子显微镜彭彭(沈阳化工大学机械工程学院，辽宁沈阳110142)2015年01月20日15:51来源：钢之家透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。
透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成像和放大，然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。
在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。
明暗场成像原理:晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别)，是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的，因此称其为衍射衬度，以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。
如果只允许透射束通过物镜光栏成像，称其为明场像；如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像，则称为暗场像。
有关明暗场成像的光路原理参见图2-1。
就衍射衬度而言，样品中不同部位结构或取向的差别，实际上表现在满足或偏离布喇格条件程度上的差别。
满足布喇格条件的区域，衍射束强度较高，而透射束强度相对较弱，用透射束成明场像该区域呈暗衬度；反之，偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱，透射束强度相对较高，该区域在明场像中显示亮衬度。
而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。
如果在一个晶粒内，在双光束衍射条件下，明场像与暗场像的衬度恰好相反。
a) 明场成像 b) 中心暗场成像明暗场成像是透射电镜最基本也是最常用的技术方法，其操作比较容易，这里仅对暗场像操作及其要点简单介绍如下：(1)在明场像下寻找感兴趣的视场。
(2) 插入选区光栏围住所选择的视场。
(3) 按“衍射”按钮转入衍射操作方式，取出物镜光栏，此时荧光屏上将显示选区域内晶体产生的衍射花样。
为获得较强的衍射束，可适当的倾转样品调整其取向。
(4) 倾斜入射电子束方向，使用于成像的衍射束与电镜光铀平行，此时该衍射斑点应位于荧光屏中心。
第三章(3.3)透射电镜的构造与工作原理) 透射电子显微分析
u 透镜 f1 v2 v1 像平面（1） 像平面（2） f2
光轴 图3-16 透镜磁场对透镜焦距和放大倍数的影响
• 透镜磁场强度与透镜设计参数有关。其中 极靴内孔、上下极靴之间的间隙和线圈匝 数是重要的参数。 • 但对于一定型号的透射电镜，电磁透镜的 类型和规格都已确定，透镜磁场强度的改 变是通过调节电磁线圈激磁电流来实现。 • 而对于使用者来说，只需要调节电磁透镜 电流就可以获得不同的放大倍数。
什么样的磁场能够使电子聚焦成像
• 考虑电子在均匀磁场中的运动。通电流的长螺线管可以产 生一个均匀轴对称磁场，这个均匀磁场称为长磁透镜。在 均匀磁场中，只有轴向磁场B。当电子运动方向与磁场方 向垂直时，即=90，作用在电子上的力：
mv 2 F evB r
（3-46）
式中 r——电子离光轴的径向距离； m——电子质量。
图3-10 TEM镜筒工作原理简化示意图 electron source电子源，conderser lens 聚光镜，condenser aperture聚光镜光 阑，sample试样，objective lens物镜， objective aperture物镜光阑， projector lens投影镜，screen荧屏
• 如果电子运动方向与 磁场方向成一的角度 90，电子运动速度 分解为垂直于B的分 量v1和平行于B的分 量v2：
v1 v sinθ v2 v cosθ
v1使电子作垂直于磁 场强度的圆周运动， v2使电子平行于光轴 沿z方向作匀速直线运 动，电子合成的运动 轨迹为一条螺旋线。
一、 电磁透镜
• 两种电子透镜:静电透镜和电磁透镜。实际上除了 电子枪使用静电透镜外，其它部分均使用电磁透 镜聚焦放大。 • 电磁透镜具有与玻璃透镜相似的光学特性，如焦 距，发散角，球差，色差等等。 • 仪器的性能和图像质量主要取决于电子透镜的性 能与质量。通过调整电子透镜的工作参数和相应 的透镜光阑尺寸来控制电子图像和分析信号的质 量。
简述透射电镜的工作原理
简述透射电镜的工作原理
透射电镜，或称透射电子显微镜，是一种高分辨率、高放大倍数的电子显微镜。
它利用电子枪发射的电子束穿透样品，通过电磁透镜聚焦和放大，最后投射到荧光屏幕上，形成样品的放大图像。
以下是透射电镜的工作原理简述：
1. 电子源：透射电镜的核心部分是电子枪，它由阴极（通常是一个金属丝或针尖）和阳极组成。
阴极在热或强电场的作用下发射出电子，这些电子在阳极的加速下形成高速电子束。
2. 聚光镜：电子束离开电子枪后，通过聚光镜进一步缩小直径，并通过电磁透镜聚焦到样品上。
聚光镜的作用是将电子束缩小并集中，以获得更高的成像分辨率。
3. 样品：被观察的样品放置在透镜的样品台上，通常需要进行薄化处理以允许电子穿过。
样品可以是固体、液体或气体，但需要满足一定的厚度和透明度要求。
4. 信息传递：当电子束穿透样品时，与样品的原子相互作用，产生散射和衍射。
这些散射和衍射的电子携带了有关样品内部结构的信息。
透射电镜通过电磁透镜对这些电子进行收集和放大，形成样品的放大图像。
5. 成像：经过电磁透镜的放大和会聚，携带样品信息的电子束最后投射到荧光屏幕上，形成样品的放大图像。
这一步将电子信号转化为可见光信号，方便观察和记录。
总的来说，透射电镜通过利用高速电子束穿透样品并利用电磁透镜进
行放大和会聚，实现了高分辨率和高放大倍数的样品成像。
这种成像方式对于研究微观结构和材料特性具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 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)。
2017 年秋季学期研究生课程考核
（读书报告、研究报告）
考核科目:材料显微分析实践
考核项目：透射电镜的明暗场成像技术学生所在院（系）:材料学院
学生所在学科:材料工程
学生姓名:张珞斌
学号:17S109247
学生类别:专硕
考核结果阅卷人
透射电镜结构原理及明暗场成像
一、实验内容及实验目的
1．结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以加深对透射电镜结构的整体印象，加深对透射电镜工作原理的了解。
2．选用合适的样品，通过明暗场像操作的实际演示，了解明暗场成像原理。
二、透射电镜的基本结构及工作原理
透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。
透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成像和放大，然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。
在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。
透射电子显微镜按加速电压分类，通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。
提高加速电压，可缩短入射电子的波长。
一方面有利于提高电镜的分辨率；同时又可以提高对试样的穿透能力，这不仅可以放宽对试样减薄的要求，而且厚试样与近二维状态的薄试样相比，更接近三维的实际情况。
就当前各研究领域使用的透射电镜来看，其主要三个性能指标大致如下：
加速电压：80～3000kV
分辨率：点分辨率为0.2～0.35nm、线分辨率为0.1～0.2nm
最高放大倍数：30～100万倍
尽管近年来商品电镜的型号繁多，高性能多用途的透射电镜不断出现，但总体说来，透射电镜一般由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统三大部分组成。
此外，还包括一些附加的仪器和部件、软件等。
有关的透射电镜的工作原理可参照教材，并结合本实验室的透射电镜，根据具体情况进行介绍和讲解。
以下仅对透射电镜的基本结构作简单介绍。
2.1电子光学系统
电子光学系统通常又称为镜筒，是电镜的最基本组成部分，是用于提供照明、成像、显像和记录的装置。
整个镜筒自上而下顺序排列着电子枪、双聚光镜、样品室、物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏及照相室等。
通常又把电子光学系统分为照明、成像和观察记录部分。
2.2 真空系统
为保证电镜正常工作，要求电子光学系统应处于真空状态下。
电镜的真空度一般应保持在10-5托，这需要机械泵和油扩散泵两级串联才能得到保证。
目前的透射电镜增加一个离子泵以提高真空度，真空度可高达133．322×10-8Pa或更高。
如果电镜的真空度达不到要求会出现以下问题：
(1) 电子与空气分子碰撞改变运动轨迹，影响成像质量。
(2) 栅极与阳极间空气分子电离，导致极间放电。
(3) 阴极炽热的灯丝迅速氧化烧损，缩短使用寿命甚至无法正常工作。
(4) 试样易于氧化污染，产生假象。
3．供电控制系统
供电系统主要提供两部分电源，一是用于电子枪加速电子的小电流高压电源；二是用于各透镜激磁的大电流低压电源。
目前先进的透射电镜多已采用自动控制系统，其中包括真空系统操作的自动控制，从低真空到高真空的自动转换、真空与高压启闭的连锁控制，以及用微机控制参数选择和镜筒合轴对中等。
三、明暗场成像原理及操作
3.1 明暗场成像原理
晶体薄膜样品明暗场像的衬度(即不同区域的亮暗差别)，是由于样品相应的不同部位结构或取向的差别导致衍射强度的差异而形成的，因此称其为衍射衬度，以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。
如果只允许透射束通过物镜光栏成像，称其为明场像；如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像，则称为暗场像。
有关明暗场成像的光路原理参见图2-1。
就衍射衬度而言，样品中不同部位结构或取向的差别，实际上表现在满足或偏离布喇格条件程度上的差别。
满足布喇格条件的区域，衍射束强度较高，而透射束强度相对较弱，用透射束成明场像该区域呈暗衬度；反之，偏离布喇格条件的区域,衍射束强度较弱，透射束强度相对较高，该区域在明场像中显示亮衬度。
而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。
如果在一个晶粒内，在双光束衍射条件下，明场像与暗场像的衬度恰好相反。
3.2 明场像和暗场像
明暗场成像是透射电镜最基本也是最常用的技术方法，其操作比较容易，这里仅对暗场像操作及其要点简单介绍如下：
(1) 在明场像下寻找感兴趣的视场。
(2) 插入选区光栏围住所选择的视场。
(3) 按“衍射”按钮转入衍射操作方式，取出物镜光栏，此时荧光屏上将显示选区域内晶体产生的衍射花样。
为获得较强的衍射束，可适当的倾转样品调整其取向。
(4) 倾斜入射电子束方向，使用于成像的衍射束与电镜光铀平行，此时该衍射斑点应位于荧光屏中心。
(5) 插入物镜光栏套住荧光屏中心的衍射斑点，转入成像操作方式，取出选区光栏。
此时，荧光屏上显示的图像即为该衍射束形成的暗场像。
通过倾斜入射束方向，把成像的衍射束调整至光轴方向，这样可以减小球差，获得高质量的图像。
用这种方式形成的暗场像称为中心暗场像。
在倾斜入射束时，应将透射斑移至原强衍射斑(hkl)位置，而(hkl)弱衍射斑相应地移至荧光屏中心，而变成强衍射斑点，这一点应该在操作时引起注意。
图1 明暗场成像的光路原理示意图
a) 明场成像b) 中心暗场成像
图1是相邻两个钨晶粒的明场和暗场像。
由于A晶粒的某晶面满足布喇格条件，衍射束强度较高，因此在明场像中显示暗村度。
图1b是A晶粒的衍射束形成的暗场像，因此A 晶粒显示亮衬度，而B晶粒则为暗像。
最新文件仅供参考已改成word文本。
方便更改如有侵权请联系网站删除。