透射电子显微镜(TEM)—上海交大分析测试中心
TEM(透射电子显微镜)
细胞结构解析
细胞膜结构
透射电镜图像可以清晰地展示细胞膜的精细结构，如细胞膜的厚度、 细胞器的分布等。
细胞器结构
透射电镜能够观察到细胞内的各种细胞器，如线粒体、内质网、高 尔基体等，有助于了解细胞器的形态和功能。
细胞骨架结构
透射电镜能够观察到细胞骨架的超微结构，如微管、微丝和中间纤维 等，有助于了解细胞骨架在细胞运动、分裂和分化中的作用。
TEM应用领域
01
02
03
04
生物学
研究细胞、组织和器官的超微 结构，如细胞器、细胞膜、染
色体等。
医学
用于诊断疾病，如癌症、传染 病等，以及药物研发和疫苗制
备过程中的结构分析。
地质学
观察岩石、矿物和矿物的微观 结构，研究地球科学中的各种
地质现象。
材料科学
研究金属、陶瓷、高分子等材 料的微观结构和性能，以及材
控制切片的厚度，通常在50~70纳米之间，以确 保电子束能够穿透并观察到样品的内部结构。
切片收集与处理
将切好的超薄切片收集到支持膜上，并进行染色、 染色脱水和空气干燥等处理。
染色
染色剂选择
选择适当的染色剂，如铅、铀或 铜盐，以增强样品的电子密度并
突出其结构特征。
染色时间与温度
控制染色时间和温度，以确保染色 剂与样品充分反应并达到最佳染色 效果。
清洁样品室
定期清洁样品室，保持清洁度 。
检查电子束系统
定期检查电子束系统，确保聚 焦和稳定性。
更新软件和驱动程序
及时更新TEM相关软件和驱动 程序，确保兼容性和稳定性。
定期校准
按照厂家建议，定期对TEM进 行校准，确保观察结果的准确
性。
06 TEM未来发展
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。
仪器分析SEMTEM
仪器分析SEMTEMSEM（扫描电子显微镜）和TEM（透射电子显微镜）是两种常用的仪器分析方法，用于观察材料的微观结构和成分。
它们都利用电子束与样品的相互作用来获取信息。
下面将分别介绍SEM和TEM的工作原理和应用。
SEM利用高能电子束与样品表面的相互作用来观察样品的表面形貌和成分。
其工作原理如下：电子枪产生的聚焦电子束通过透镜系统形成一个细小的电子束，并聚焦引导到样品表面上。
与样品表面相互作用的电子束导致了反射、散射或吸收，其中部分电子通过接收器收集到形成信号。
这些信号被转换成图像，并在显微镜屏幕上显示出来。
SEM可以提供高分辨率、大深度以及大视场的表面形貌图像，并且可以通过能谱分析系统对样品的元素组成进行表征。
SEM广泛应用于材料科学、生物科学、纳米科学等领域。
在材料科学中，SEM可以用于观察材料的晶体形态、纹理、表面缺陷等。
在生物科学中，SEM可以用于观察细胞、组织和生物材料的形貌和结构。
在纳米科学中，SEM可以用于研究纳米材料的形貌、尺寸和形状。
此外，SEM还可以用于分析样品的成分和化学组成。
相比之下，TEM是一种通过透射电子束与样品相互作用来观察材料的内部结构和成分的方法。
其工作原理如下：电子枪产生的电子束经过透镜系统形成一个细小的电子束，并聚焦到样品上。
样品上的一部分电子透过样品，并通过设备上的透射电子探测器来检测。
这些透射电子被转换成图像，并在显微镜屏幕上显示出来。
TEM具有高分辨率的优点，可以提供关于样品内部结构和成分的详细信息。
TEM广泛应用于材料科学、生物科学、纳米科学等领域。
在材料科学中，TEM可以用于观察材料的晶格结构、晶界、层状结构等。
在生物科学中，TEM可以用于观察细胞、组织和病毒等的内部结构。
在纳米科学中，TEM可以用于观察纳米材料的结构、尺寸和形貌。
此外，TEM还可以用于分析样品的成分和化学组成。
综上所述，SEM和TEM是常用的仪器分析方法，用于观察材料的微观结构和成分。
常规生物样品TEM检测流程
常规生物样品TEM检测流程常规生物样品包括动物、植物、细胞、细菌等生物样品，主要用于形态学研究。
一、取样固定需在自己实验室完成取样固定：取鲜样并及时置于2.5%戊二醛溶液中，4℃过夜。
注意：（1）组织样品：样品需切成约1mm3大小（为确保植物组织样品充分固定，请通过抽真空使样品完全沉于底部）；（2）细胞样品：细胞数量至少106个，细菌类样品数量至少108个，即在1.5ml离心管中离心收集后约半颗绿豆大小。
二、网站预约流程1.制样预约登录“上海交通大学分析测试中心”官网，预约生物电镜样品制备系统（房间号E231，预约链接）。
注意：此设备每周五下午16:30开放下一周的实验，校内外同步。
根据所预约的时间至上海交通大学转化医学大楼E231实验室进行为期2天的生物样品电镜前处理（操作包括漂洗、脱水、渗透、包埋。
分析测试中心提供相关试剂）。
2.切片预约样品制备完成后，登录“上海交通大学分析测试中心”官网，预约超薄切片机，（房间号E220，预约链接：）注意：此设备每周四下午13:30开放下一周的实验，校内外同步。
3. 电镜预约（校内时段，校外顺序）务必在确认切片完成后，才能预约电镜。
3.1 如果只形貌观察，预约E116的生物型透射电镜（预约链接：）或E112的120kV透射电镜（）或E143的生物型场发射透射电镜（）。
注意：E116的生物型透射电镜和E112的120kV透射电镜每周五上午8:30开放下一周的实验。
E143生物型场发射透射电镜每周五下午13:00开放下一周的实验。
3.2 如果需要高分辨和能谱分析，则需预约E147的场发射透射电镜（预约链接：）或E145的材料型场发射透射电镜（预约链接：）。
这2台电镜每周五下午13：20开放下一周的电镜实验。
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。
上海交大测试收费明细
上海交通大学分析测试中心 收费标准Iac_office@2014‐9‐24目录材料微区分析室各台仪器收费标准 (4)(一) 分析型透射电子显微镜（TEM） (4)(二) 生物型透射电子显微镜（BIO-TEM） (5)(三) 高分辨场发射扫描电子显微镜（SEM） (6)(四) 低真空超高分辨场发射扫描电子显微镜（SEM-LV） (7)(五) 大气下原子力显微镜（AFM） (9)(六) 环境可控扫描探针显微镜（SPM） (9)(七) 生物型原子力显微镜（AFM） (10)(八) 色散型共聚焦拉曼光谱仪（RAM） (10)(九) 变角度光谱椭圆偏振仪（VEL） (11)(十) 纳米粒度分析仪（PCS） (11)(十一) 离子溅射仪&蒸碳仪（IS） (12)(十二) 高温/真空/气份环境光学显微镜&CCD相机（HTOM） (12)材料物性分析室各台仪器收费标准 (13)(一) 综合物性测量系统（PPMS） (13)(二) X射线光电子能谱仪（XPS） (14)(三) 扫描型X射线荧光光谱仪（XRF） (15)(四) X射线衍射仪 (15)(五) 能量色散X射线荧光光谱仪 (16)(六) 小角X射线散射仪 (16)化学分析室各台仪器收费标准 (17)(一) 火焰-石墨炉原子吸收分光光度计 (17)(二) 电感耦合等离子体发射光谱仪 (17)(三) 电感耦合等离子体质谱 (17)(四) 离子色谱仪 (18)(五) 高频红外碳硫分析仪 (18)(六) 核磁共振波谱仪 (18)(七) 傅里叶变换离子回旋共振质谱仪 (20)(八) 圆二色光谱仪 (22)(九) 红外光谱仪 (22)(十) 显微红外光谱仪 (23)(十一) 自动旋光仪 (24)(十二) 紫外可见分光光度计 (24)(十三) 动态热机械分析仪 (24)(十四) 差示扫描量热仪 (25)(十五) 热重分析仪 (26)(十六) 同步热分析仪 (26)生命科学室各台仪器收费标准 (28)（一）超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用仪（UMS）： (28)（二）气相色谱仪（GC）： (30)（三）气相色谱-质谱联用仪（GCM）： (31)（四）全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪（GCT） (32)（五）元素分析同位素质谱联用仪（EAI） (34)（六）元素分析仪 (37)（七）二维纳升液相色谱-线性离子阱质谱联用仪（LTQ） (37)（八）纳升液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱联用仪（NLM） (40)（九）高效液相色谱仪（HLC） (46)（十）高效液相色谱仪（LCM） (47)（十一）全自动氨基酸分析仪（AAA） (48)（十二）超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪（QQQ） (50)（十三）荧光定量PCR仪（PCR） (51)（十四）荧光干涉显微镜（FIM） (51)（十五）生物大分子层析系统（AKT） (52)（十六）冻干机（LAB） (52)（十七）细胞压力破碎仪（CDR） (52)（十八）叶绿素荧光仪（PAM） (53)材料微区分析室各台仪器收费标准(一)分析型透射电子显微镜（TEM）细则校内医学院校外 CMA 1 形貌观察 TEM形貌观察：150元/样（每个样品每次限拍6张，多于6张后，另收10元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）衍射谱：50元/张高分辨像：300元/张能谱：100元/样（限3个点以内，多于3个点，另收20元/点）双倾台300元/小时，无附加项按校外的8折计费TEM形貌观察：300元/样（每个样品每次限拍6张，多于6张后，另收20元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）衍射谱：100元/张高分辨像：600元/张能谱：200元/样（限3个点以内，多于3个点，另收40元/点）双倾台600元/小时，无附加项800元/样2 自主操作中午：200元/小时晚上：150元/小时周六、周日9:00-18：00 1200元/天无此项服务无此项服务无此项服务3 电镜培训 5000元/人 10000元/人10000元/人4 离子减薄 50元/小时按校外的8折计费100元/小时无此项服务5 双喷 50元/小时无此项服务无此项服务无此项服务6 DIMPLE 50元/小时无此项服务无此项服务无此项服务7 常规碳支持膜（200目）10元/个 20元/个 20元/个20元/个8 非常规支持膜（微栅、超薄碳膜等）20元/个 40元/个 40元/个40元/个(二)生物型透射电子显微镜（BIO-TEM）细则校内医学院校外 CMA1 形貌观察150元/样（每个样品限取6张照片，多于6张后，另加10元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）按校外的8折计费300元/样（每个样品限取6张照片，多于6张后，另加20元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）800元/样2 自主操作 200元/小时周六、周日9:00-18：00，1200元/天无此项服务无此项服务无此项服务3 电镜培训5000元/人10000元/人10000元/人4 超薄切片样品包埋：50元/样；常温普通切片：100元/样；定位：100元/样生物样品TEM前处理：300元/个；常温细胞吞噬样品、含金属或金属氧化物样品超薄切片：350元/样普通样品冷冻切片(切AFM) ：200元/样含金属或金属氧化物样品冷冻切片(切AFM)：350元/样普通样品冷冻切片+TEM：400元/样含金属或金属氧化物样品冷冻切片+TEM：500元/样碳膜10元/个；按校外的8折计费样品包埋：100元/样；常温普通切片：200元/样；定位：200元/样生物样品TEM前处理600元/个常温细胞吞噬样品、含金属或金属氧化物样品超薄切片：500元/样普通样品冷冻切片（切AFM）：500元/样含金属或金属氧化物样品冷冻切片(切AFM)：500元/样冷冻切片+TEM：800元/样含金属或金属氧化物样品冷冻切片+TEM：800元/样碳膜20元/个；无此项服务5 常规碳支持膜（200目）10元/个 20元/个 20元/个20元/个6 非常规支持膜（微栅、超薄碳膜等）20元/个 40元/个 40元/个40元/个(三)高分辨场发射扫描电子显微镜（SEM）细则校内医学院校外 CMA说明1 仅形貌观察100元/样（每个样品限取5张照片，多于5张后，另加5元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）240元/样（每个样品限取5张照片，多于5张后，另加8元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）300元/样（每个样品限取5张照片，多于5张后，另加10元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按每半小时一个样计算）500元/样（每个样品限取5张照片，多于5张后，另加20元/张）2 形貌观察和元素分析SEM：与仅SEM收费相同。
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。
原子力显微镜 AFM —上海交大分析测试中心
液体下敲击模式
操作同液体下的接触模 式
使用的探针是接触模式 使用的探针
由于探针处在液体中， 而非空气中，探针的共 振频率产生了改变，需 要重新设置
探针容易受到污染
3.1.2 摩擦力显微镜(LFM)
3.1.2 摩擦力显微镜(LFM)
3.1.1 斥力模式AFM 探针与样品之间进行原子间接触，利用它们
之间的斥力得到样品表面的形貌。 具有两种工作模式：
3.1.1.1 接触模式 3.1.1.2 敲击模式（间歇接触）
3.1.1.1 接触模式(Contact Mode)
接触模式 非接触模式
轻敲模式
接触模式探针
接触模式探针示意图
接触模式工作示意图
二. 探针与样品之间的作用力 2.1 力的分类
两个物体在距离上互相接近的过程中， 他们之间会产生各种各样的相互作用力，而 且与物体的特性有关。
1. 范德华力
范德华力存在于各种原子或分子之间,它的有 效距离在几个埃到几百埃的范围内.
利用它来测量表面形貌可达到纳米级的分 辨率，在范德华力区域扫描成像是非接触 的，可以避免损伤针尖。
1.2 扫描探针显微镜的特点及其应用
2、可实时地空得到实时间中表面的三维图像，可用于具有 周期性或不具备周期性的表面结构研究。
应用：可用于表面扩散等动态过程的研究。
3、可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整 个表面的平均性质。
应用：可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的 形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。
AFM_Contact_Feedback_Loop.swf
接触模式力曲线
接触模式力曲线
透射电子显微镜(TEM)详解
（一）间接样品的制备（表面复型）
透射电镜所用的试样既要薄又要小，这就大大限 制了它的应用领域，采用复型制样技术可以弥补 这一缺陷。复型是用能耐电子束辐照并对电子束 透明的材料对试样的表面进行复制，通过对这种 复制品的透射电镜观察，间接了解高聚物材料的 表面形貌。
蚀刻剂：高锰酸钾-浓 硫酸 将无定形部分腐蚀掉
八、透射电镜在聚合物研究中的应用
（一）结晶性聚合物的TEM照片
PE单晶及其电子衍射谱
Keller提出的PE折叠链模型
尼龙6 折叠链 片晶
单斜晶系 的PP单晶
2、树枝晶: 从较浓溶液（0.01~0.1%)结晶时，流动力 场存在，可形成树枝晶等。
PE的树枝状结晶
（3）染色：通常的聚合物由轻元素组成，在用厚 度衬度成像时图像的反差很弱，通过染色处理后 可改善。
所谓染色处理实质上就是用一种含重金属的试剂 对试样中的某一组分进行选择性化学处理，使其 结合上重金属，从而导致其对电子的散射能力增 强，以增强图像的衬度。
（a）OsO4染色，可染-C=C-双键、-OH基、-NH2基。 其染色反应是：
（二）直接样品的制备
1.粉末样品制备 粉末样品制备的关键是如何将超细粉的颗粒分散开来，
各自独立而不团聚。
胶粉混合法：在干净玻璃片上滴火棉胶溶液，然后在玻 璃片胶液上放少许粉末并搅匀，再将另一玻璃片压上， 两玻璃片对研并突然抽开，稍候，膜干。用刀片划成小 方格，将玻璃片斜插入水杯中，在水面上下空插，膜片 逐渐脱落，用铜网将方形膜捞出，待观察。
常见的聚合物制样技术
（1）超薄切片:超薄切片机将大试样切成50nm 左右的薄试样。
聚甲基丙烯酸丁酯将 聚四氟乙烯包埋后切 片，白色部分表示颗 粒形貌， 切片时，有颗粒的部 分掉了
透射电子显微镜(TEM)的原理
3）非晶态物质衍射。
典型的非晶衍射花样
27
理论准备-----电子衍射原理
电子衍射是以满足（或基本满足）布 拉格方程作为产生衍射的必要条件。它与X 射线衍射相似。
28
布拉格定律
29
倒易点阵
电子衍射斑点与晶体点阵有一定对应关系，但不是晶体 某晶面上原子排列的直观影像。这些斑点可以通过另外一个 假想的点阵很好的联系起来---倒易点阵。 可以说，电子衍射斑点就是与晶体相对应的倒易点阵中 某一截面上阵点排列的像。
短焦距强磁透镜。把经中间镜形成的二次中间像及衍 射谱投影到荧光屏上，形成最终放大的电子像及衍射谱。 它可以保持图像的清晰度不受中间镜放大倍数的影响。
16
物镜和投影镜属于强透镜，其放大倍数均为100
倍左右，而中间镜属于弱透镜，其放大倍数为0-20
倍。三级成像的总放大倍数为：
M 总 = M 物 ×M 中 ×M 投
我国电镜研制起步 较迟，1958年在长春 中国科学院光学精密 机械研究所生产了第 一台中型电镜，到 1977年生产的TEM分辨 率为0.3nm，放大倍率 为80万倍。
5
点分辨率：0.23nm
晶格分辨率：0.14nm
加速電圧：80～200kV 倍率：×50～1,500,000
日本电子公司透射电镜 JEM-2100（HR）
17
两种工作模式
成像操作 电子衍射操作
18
成像操作
当电子束透过样品后，透 射电子带有样品微区结构 及形貌信息，呈现出不同 强度，经物镜后，在像平 面上形成中间像1； 调节中间镜激磁电流，使 其物平面和物镜像平面重 合，则荧光屏上得一幅放 大像。这就是成像操作。
L1 L2
上海大学分析测试中心大型仪器对外服务收费标准
400/样
400/样
100-500元/样
400/样
200/样
速度不同收费不同
一个谱线100元；8o/min扫描（10o－90o）
超过1000度，每谱线200元。
准直管不同收费不同
每一个谱增加50元。
10
XRD制样
1.切割
2.抛光
3.微区照片
60元/样
60元/样
20元/张
11.
激光显微拉曼光谱
7. 固体一维谱高分辨
60元/样(采样16次)
60元/样(采样16次)
100元/样（30min内），150元/样（1 h内），100元/加1h。
200元/样
400元/样
600元/样
300元/样（1 h内）
300元/加1 h
不包括氘代试剂费。其余特殊样品，特殊二维谱面议。
7
单晶X射线衍射仪
1．定晶胞
2．只测衍射数据
30元/点,60元/线,120元/面
5
纳米力学测试仪
光镜成像条件
原位扫描成像条件
原位扫描成像照片
100元/压痕
200元/压痕
100元/套
变温、动态条件下的测试面议。
6
500 MHz核磁共振波谱仪
1．液体一维谱1H
2．液体一维谱19F
3．其它核
4. 液体二维谱 COSY
5. 液体二维谱HMQC
6. 液体二维谱HMBC
说明：
校内按该标准的30%收费。要求特殊项目收费面议。
校外转账账号：
上海大学
033270－009
农行宝山支行大场所
测试中心收费财务账号：
校内收费项目代号：
透射电子显微镜(TEM)
日本日立公司H－700 电子显微镜，配有双倾台 ，并带有7010扫描附件和 EDAX9100能谱。该仪器 不但适合于医学、化学、 微生物等方面的研究，由 于加速电压高，更适合于 金属材料、矿物及高分子 材料的观察与结构分析， 并能配合能谱进行微区成 份分析。 ● ● ● ● ● 分 辨 率：0.34nm 加速电压： 加速电压：75KV－200KV － 放大倍数： 万倍 放大倍数：25万倍 能 谱 仪：EDAX－9100 － 扫描附件： 扫描附件：S7010
TEM 形貌分析
透射电镜具有很高的空间分辩能力，特别适合 纳米粉体材料的分析。 其特点是样品使用量少，不仅可以获得样品的 形貌，颗粒大小，分布，还可以获得特定区域 的元素组成及物相结构信息。 透射电镜比较适合纳米粉体样品的形貌分析， 但颗粒大小应小于300nm，否则电子束就不能 但颗粒大小应小于300nm，否则电子束就不能 透过了。对块体样品的分析，透射电镜一般需 要对样品进行减薄处理。
多晶花样的标定
1. 花样特征： 一组同心圆 花样特征： 一组同心圆
2.标定方法：比值法 2.标定方法： 标定方法 根据R1, 根据R1, R2 , R3 ….的比值来确定结构和标定花样 比值法主要适合立方晶系
3）显象部分
这部分由观察室和照相机构组成。 在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析附件。 如下图所示。
电子束 扫描发生仪
显象管 和X-Y 记录仪
扫描线圈
数据 处理
能量选择光阑 入射光阑
放大器 探测器
电子能量 分析仪
图1-14 扫描电子衍射和电子能谱分析附件示意图
2 . 真空系统 为了保证在整个通道中只与试样发生相互作用，而 不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子 枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空 度为 毫米汞柱。
材料分析测试方法第十一节透射电子显微镜
观察和控制纳米级别的 结构和现象。
3 生物学
研究生物样本的超微结 构和功能。
透射电子显微镜与其他显微镜 的比较
与光学显微镜相比，透射电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数。与扫描 电子显微镜相比，透射电子显微镜可以提供关于材料内部结构和成分的更详 细信息。
透射电子显微镜的未来发展方向
透射电子显微镜技术正在不断发展，未来可能出现更高分辨率、更高灵敏度和更强大的分析功能。这将 为材料科学、纳米技术和生物学等领域带来更广阔的应用前景。
材料分析测试方法第十一 节透射电子显微镜
透射电子显微镜（TEM）是一种先进的显微镜技术，它能够以高分辨率和高 放大倍数观察材料的微观结构。本节将介绍透射电子显微镜的原理、组成部 分、操作步骤，以及其在材料分析中的应用领域。
什么是透射电子显微镜 (TEM)?
透射电子显微镜是一种能够通过材料样本透射电子束，观察和分析材料的微观结构地理解材料的内部结构。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜基于电子的波动性质，利用电子束穿过材料样本后的透射情况来形成图像。它使用电子 透镜组件对电子进行聚焦和控制，使其能够穿透样本并形成高分辨率的图像。
透射电子显微镜的组成部分
电子源
产生高能电子束的来源。
样本台
支持和定位材料样本的平台。
透镜系统
控制和聚焦电子束的组件。
探测器
检测和记录透射电子的设备。
透射电子显微镜的操作步骤
1
样本准备
将材料样本制备成适合在透射电子显
聚焦调整
2
微镜中观察的薄片。
调整透射电子显微镜的透镜系统以获
得清晰的图像。
3
图像采集
使用透射电子显微镜进行图像采集和 记录。
透射电子显微镜-TEM
1. 塑料一级复型 2. 碳一级复型 3. 塑料-碳二级复型 4. 抽取复型
透射电子显微镜样品制备
塑料一级复型
样品上滴浓度为1%的火棉 胶醋酸戍酯溶液或醋酸纤维 素丙酮溶液，溶液在样品表 面展平，多余的用滤纸吸掉， 溶剂蒸发后样品表面留下一 层100nm左右的塑料薄膜。 印模表面与样品表面特征相反。
透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和
Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
re 人眼分辨本领 r0 显微镜分辨本领
有效放大倍数
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（ 200 nm）
透射电镜的有效放大倍数
人眼的分辨率（ 0.2mm） 透射电子显微镜分辨率 （0.1nm）
由上面公式可以直接得出，光学显微镜的有效放 大倍数远小于透射电镜。
透射电子显微镜-TEM
Transmission electron microscope
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
TEM 简介
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的
证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年，
透射电子显微镜(TEM)—上海交大分析测试中心
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电子显微镜成像的物理光学原理
q(r)
Q(h) = F{q(r)}
ψ (r ) = F −1{Q(h)} = q(r )
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电子显微镜和光学显微镜的比较
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与透射电镜有关的三个人
E. Ruska 1986年诺贝尔物理奖
Aaron Klug 1982年诺贝尔化学奖
S. Iijima 2002年富兰克林奖章
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Outline
什么是透射电子显微镜 透射电镜的成像原理及其构造 选区电子衍射和衍衬理论 透射电镜常用附件 透射电镜的应用
实验室安全
1, 进入实验室前要接受安全培训，培训合格后持 证上岗 2，不得在实验室内从事与实验无关的活动 3，在从事电、酸、碱等危险实验时，人员不得随 意离开 4，实验室三废不得随意抛弃，要放入指定位置 5，原则上不准学生晚上独自实验，如有特殊原因 需要实验，须先请示，待批准后方可 6，发现不规范行为和不良现象要及时汇报。
实现计算机（CPU）的控制
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透射电镜的基本构造
照明系统
成像系统
观察记录系统
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照明系统
电子枪——电镜的光源
电子枪作用：提供稳定、单色高能电子束流 电子枪组成：电子发生器和加速阳极组成 电子枪的种类 ¾热发射电子枪
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磁透境的像差
球差
¾ 透镜对离轴 远电子比离轴近的电子有更强的会聚能力，因而在高斯 面上，一个物点的象不再是一个点，而是一个圆盘，半径为：
Δri = MCs ⋅ α 3
or
Δrs = C s ⋅ α 3
v v v Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
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透射电子显微镜的成像原理
电子 探针仪 入 射 电 子 扫描电 子 显微镜
电子与物质相互作用产生的信息
X射线 衍射仪 X射线 韧致辐射 阴极发光 俄歇电子
二次电子 背反射电 子 吸改电子 衍射电子 电子 衍射仪
试 样
透射电子
俄歇 电子谱 仪
透射电 子显微 镜
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透射电子显微镜的成像原理
电子光学原理简述
• 从功能和工作原理上讲，电子显微镜和光学显微镜 是相同的。其功能都是将细小物体放大到肉眼可以 分辨的程度；工作原理都遵从射线的Abbey成象原 理。
Abbey成象原理
透射电子显微镜构造、工作原 理及其应用 梁加淼
Tel: 34206175-101 Email: jmliang@
上海交通大学分析测试中心透射电镜室
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纳米碳管的发现
HREM image showing one end of a multi‐ walled carbon nanotube.
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电子显微镜成像的物理光学原理
q(r)
Q(h) = F{q(r)}
ψ (r ) = F −1{Q(h)} = q(r )
ห้องสมุดไป่ตู้
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电子显微镜和光学显微镜的比较
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五次对称性准晶的发现
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单原子成像
Si[110]带轴的高分辨像
J. H. Chen, Atomic imaging in aberration-corrected high resolution transmission electron microscopy
实验室安全
1, 进入实验室前要接受安全培训，培训合格后持 证上岗 2，不得在实验室内从事与实验无关的活动 3，在从事电、酸、碱等危险实验时，人员不得随 意离开 4，实验室三废不得随意抛弃，要放入指定位置 5，原则上不准学生晚上独自实验，如有特殊原因 需要实验，须先请示，待批准后方可 6，发现不规范行为和不良现象要及时汇报。
9 发卡式钨丝 9 LaB6灯丝
¾场发射电子枪
9 冷场发射枪 9 热场发射枪
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各种电子枪的特性比较
热电子发射 W ~5×105 50,000 2.3 10-3 2,800 ~100 1% 1%/h 100% 无需 LaB6 ~ 5× 106 10,000 1.5 10-5 1,800 ~20 1% 3%/h 100% 无需 场发射 热阴极FEG 冷阴极FEG ZrO/W(100） W (100） W (310） ~ 5× 108 ~ 5× 108 ~ 5× 108 100-1000 10-100 10-100 0.6-0.8 0.6-0.8 0.3-0.5 10-7 10-7 10-8 1,800 1,600 300 ~100 20~100 20~100 1% 7% 5% 1%/h 6%/h 5%/15min 10% 10% 1%
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成像系统
物镜：透射电镜中最重要的电磁透镜 作用： ¾成像（物镜像平面） ¾ 衍射谱（物镜后焦面） ¾ 放大
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成像系统
中间镜： 1) 对物镜所成像及衍射谱进行放大 2) 控制得到像或者衍射谱 3) 控制电镜总的放大倍数 投影镜： 1) 放大二次像和衍射谱 2) 把它们投影到荧光屏上 电镜的总放大倍数 M=MO×MI×MP （其中MO、MI、MP分别为物镜、中间镜和投影镜的放大倍数)
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什么是透射电子显微镜
显微镜：显示微观世界的仪器（放大功能） 电子： 电子束光源
区别于（可见）光学显微镜
透射： 透过样品（投影）
区别于扫描电镜及其它类型电镜 显微镜的分辨率：
δ=
0.61λ μ sin β
可见光
380～780nm
光学显微镜： 光学显微镜：
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电 子 显 微 镜 和 光 学 显 微 镜 的 比 较
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透射电镜的基本构造
照明系统
电子光学部分
成像系统 观察记录系统
真空系统: 为电子工作环境提供高真空并防止污染 电源和控制系统: 提供稳定的加速电压和电磁透镜电流,
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名称：Tecnai G2 F30 场发射 枪透射电镜 制造商：荷兰FEI 公司 主要技术指标： 点分辨率：0.20 nm 线分辨率：0.10 nm 物镜球差系数：1.2mm 物镜色差系数：1.4mm 信息分辨率：0.14nm HE STEM分辨率：0.17nm 电子枪类型：肖特基场发射枪
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电子显微学发展的五重要里程碑
自1932年第一台电子显微镜问世来，共经历五个阶段：
¾ 20世纪50年代中期，电子衍衬理论学的发展和应用: Cambridge大学Cavendish实验室，以Hirsch、Hovie为代表，直 接观察晶体缺陷结构的实验技术及电子衍衬理论 ¾ 20世纪70年代初期，实验高分辨电子显微术发展: Cowley在早些年提出了相位衬度理论，多层法模型 美国亚利桑那州Iijima (1971) 、日本Uyoda (1970,72)相继拍摄出 高分辨结构像, 开拓了直接观察原子结构的新途径，为实验观测固 体中原子排列信息奠定了基础 ¾ 20世纪70年代末期到80年代初期，高空间分辨分析电子显微学的发 展：集透射电镜、衍射仪、电子探针于一身，分析纳米尺度的晶体 结构、成份等。 ¾ 20世纪80年代末期到21世纪初期，场发射电镜时代开始: 分辨率不断提高，电镜自动控制系统改进，像记录系统革命，导致 三维物质波重构；STEM、EELS、Holography的发展和应用，电 子结构、能带结构分析 ¾ 20世纪末本世纪初, 消球差电镜问世:
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电磁透镜
电磁透镜特性及工作原理
¾ 定义：一个由线圈、铁壳和极靴组成的， 能够由激励电流产生轴对称静磁场的系统
透射电子显微镜的聚光镜、物镜、中间镜和投影镜均是电磁透镜
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磁透境的像差
• 由于电磁透镜的几何缺陷及电子能量的波动，因此实际 的成像总是存在着对理想成像的偏离，这就是像差。 • 像差是限制电镜分辨率的重要原因，校正像差，特别是 像散、球差，一直是电子光学的一个重要的研究课题。 • 磁透镜的像差主要包括： • 球差 • 像散 • 色差
枪
源
亮度200kV (A/cm2sr) 光源尽寸 (nm) 能量发散度 (eV) 真空度(Pa) 使用 条件 温度(K) 电流(μA) 短时间稳定度 发射 长时间稳定度 电流效率 维 修
价格/操作性
安装时稍费 更换时要 每隔数小时必须进 时间 安装数次 行一次闪光处理 便宜/简单 便宜/简单 贵/容易 贵/容易 贵/复杂
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照明系统--聚光镜
照明系统中一般有两个聚光镜，第 一聚光镜主要用来控制电子枪的交 叉，第二聚光镜主要用来控制束斑 尺寸以及汇聚角的大小.
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成像系统
主要包括: 物镜，中间镜，投影镜，物镜光阑和选区光阑
电子显微镜
电子束
项
目
光学显微镜
可见光 7500Å(可见光) ~ 2000Å(紫外线) 大气 玻璃透镜 ~70º 2000Å (可见光), 1000Å(紫外线) 数倍~2000倍 机械操作 吸收、反射衬度
射线源 波长 介质 透镜 孔径角 分辨本领 放大倍数 聚焦方式 衬度
0.0589Å(20kV) ~ 0.00687Å(1MV) 真空 磁透镜 ~35′´ 点分辨率1-3 Å，线分辨率 0.5-2Å 几十倍~1M 电磁控制、电子计算机控制 质厚、衍射、相位、Z-衬度
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第一台电镜
分辨率50nm
名称：HF-2000场发射枪透
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射电子显微镜 制造商：株氏会社日立制作 所 主要技术指标： 点分辨率： 0.24nm 线分辨率： 0.102nm 信息分辨率： 0.18nm 电子枪：冷场发射枪 物镜球差系数：1.2mm
JEM-2200FS
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消球差电镜
电镜型号：JEM-2010 v
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能谱仪型号：INCA OXFORD 电镜生产厂家：日本电子株式会社 能谱仪生产厂家：英国OXFORD公司 性能指标： 最大加速电压: 200 KV 最小束斑: 1.5 nm 放大倍数: X50～1500,000 点分辨率: 0.25 nm 晶格分辨率: 0.19 nm 样品倾斜角度X/Y：±42º/±30º 能谱能量分辨率：136 ev 元素检测范围：B～U元素