透射电镜1
透射电镜成像原理
透射电镜成像原理
透射电镜是一种常用的电子显微镜，用于观察和研究材料中的微观结构。
它利用电子的波粒二象性，通过透射原子层的电子来形成显微图像，具有比光学显微镜更高的分辨率。
透射电镜的成像原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 电子发射：透射电镜使用热阴极或冷阴极发射出高速电子，这些电子被加速到高能状态。
2. 透射样品：加速的电子通过一个非常薄的样品片，如薄片状的金属、陶瓷或生物组织。
样品必须具有高度透射性，以允许电子通过。
3. 散射与透射：入射电子束在样品中发生散射和透射两种现象。
散射是指电子与样品中的原子或电子相互作用，改变其运动方向，而透射是指电子穿过样品的现象。
4. 透射电子形成图像：透射电镜使用透射电子成像器件，如方形磁透镜或电磁透镜，将透射电子聚焦在屏幕或感光材料上。
根据电子的能量和散射情况，屏幕上形成亮暗不同的区域，形成图像。
透射电镜成像原理的关键在于控制电子束的发射和透射过程，以及透射电子的成像聚焦和检测。
通过调整透射电子的能量、电磁透镜的设置和样品的准备，可以获得高分辨率的电子显微图像，揭示材料的微观结构和性质。
透射电镜的工作原理
透射电镜的工作原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察样品的微观结构的高分辨率显微镜。
与光学显微镜不同，透射电镜使用的是电子而不是可见光来照射样品，因此能够获得比光学显微镜更高的分辨率。
透射电镜的工作原理涉及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面，下面将详细介绍透射电镜的工作原理。
1. 电子的产生。
透射电镜使用的是电子束来照射样品，因此首先需要产生电子。
电子产生的常用方法是热发射和场发射。
热发射是利用热能使金属表面的电子逃逸而产生电子，而场发射则是利用电场使电子从金属表面逃逸。
在透射电镜中，通常使用的是热发射电子源，即利用钨丝或钨钢合金丝受热后发射电子。
2. 电子的聚焦。
产生的电子束需要经过一系列的聚焦系统，使其成为一个细小的束流，以便能够准确地照射到样品上。
透射电镜的聚焦系统通常包括电子透镜和磁透镜。
电子透镜利用电场来聚焦电子束，而磁透镜则利用磁场来聚焦电子束。
通过合理设计和调节，可以使电子束聚焦到非常小的尺寸，从而获得高分辨率的成像能力。
3. 电子的透射。
经过聚焦系统聚焦后的电子束将照射到样品上，这时的电子束被称为透射电子束。
透射电子束穿过样品时，会与样品中的原子和分子发生相互作用，产生散射和吸收。
透射电镜通过检测透射电子束的变化来获取样品的结构信息。
4. 成像。
透射电镜的成像原理是利用透射电子束与样品相互作用后产生的信号来获取样品的结构信息。
透射电镜通常采用透射电子显微镜来观察样品。
透射电子显微镜通过探测透射电子束的强度和位置来获得样品的结构信息，然后将这些信息转换成图像显示出来。
5. 检测。
透射电镜的检测系统通常包括电子探测器和图像处理系统。
电子探测器用于探测透射电子束的强度和位置，然后将这些信息传输给图像处理系统。
图像处理系统将探测到的信息转换成图像，并进行增强和处理，最终显示在显示屏上供用户观察。
总结来说，透射电镜的工作原理涉及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面。
透射电镜的基本原理
透射电镜的基本原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种使用电子束而非光线进行成像的仪器。
它使用高能电子束将样品穿透，然后收集透射的电子，并通过电子透射图像来获得样品的高分辨率图像。
以下是透射电镜的基本原理。
1.电子源：透射电镜中的电子通常是通过热发射或场发射从钨丝或钨尖中提取出来的。
电子源通常位于电镜的顶部，并通过加热或外加电场使电子发射。
2.加速器和减速器：电子源中产生的电子通过一个加速器进行加速，以达到高能水平。
这样可以使电子具有足够的能量穿透样品。
在穿过样品后，电子被进一步减速，以改变电子束的相对能量。
3.样品：样品通常是非晶态或晶态材料，厚度通常在几纳米到几十纳米之间。
样品先被制备成极薄切片，并被放置在透明的钢网上，并通过透射底座固定在电镜中。
4.磁透镜系统：磁透镜系统用于聚焦和定向电子束。
它可以通过控制磁铁中的磁场来控制电子束的聚焦和导向。
电镜通常包含一个物镜透镜和一个对焦透镜。
物镜透镜具有更大的聚焦能力，用于将电子束聚焦到样品上，而对焦透镜用于微调焦距。
5.透射：电子束穿过样品时会与样品中的原子和电子发生相互作用。
其中一个主要的相互作用是电子与样品中的原子核和电子发生库仑散射。
这些相互作用会使电子的能量损失，并改变电子的路径。
透射电子图像是根据这些散射事件的位置和能量损失来重建的。
6.探测器：透射电子通过样品后，会被收集并转换为可视图像。
光学系统使用透射电子图像来放大和重构样品。
最常用的探测器是闪烁屏幕和摄像机。
闪烁屏幕会发出光，而摄像机则将光转换为电信号，并将其转化为可视化的图像。
7.后处理：获得的透射电子图像可以通过计算机后处理进行增强和处理。
这些处理包括调整对比度，增强细节以及从二维图像中提取出三维信息。
透射电镜的原理允许它在纳米尺度下观察物质的结构和形貌。
与传统的光学显微镜相比，透射电镜具有更高的分辨率和更大的深度解析力。
透射电镜的简单原理
透射电镜的简单原理
透射电镜是一种用于观察材料内部结构的显微镜。
其简单原理如下：
1. 电子源：透射电镜使用电子束来照射样品。
电子源通常是一个发射电子的热阴极，例如钨丝。
2. 准直系统：电子束从电子源发射出来后，通过准直系统进行调整，以保持电子束的直线性质和平行性。
准直系统通常包括透镜和磁铁等。
3. 照射样品：经过准直系统调整后的电子束照射到待观察的样品上。
样品可以是薄片或厚块，这取决于所需的观察深度。
4. 样品交叉点：经过样品的电子束会与样品内部原子或分子相互作用。
这些相互作用会导致一部分电子束被散射、吸收或透射。
5. 过滤器：透射电镜使用不同的过滤器来选择散射、吸收和透射电子束。
通过调整过滤器，可以选择只让透射电子束通过。
6. 探测器：透过样品的透射电子束最终到达探测器，例如荧光屏或CCD。
探测器记录下电子束的位置和强度。
7. 数据处理：通过采集和处理探测器的数据，可以形成一个关于样品内部结构的电子图像。
透射电镜的原理包括产生平行且高能的电子束、调整电子束与样品之间的相对位置、选择透射电子束并记录下来。
通过这些原理，透射电镜可以产生高分辨率的样品内部结构图像。
透射电镜的原理
透射电镜的原理
透射电镜是一种常用的电子显微镜技术，用于观察和研究物质的微观结构。
其原理基于电子的波粒二象性和物质对电子的散射效应。
透射电镜的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 电子源：透射电镜使用的电子源一般为热阴极或冷阴极。
电子发射后，通过加速电压和电子透镜系统，使电子获得足够的能量和聚焦程度。
2. 样品：待观察的样品被制备成非晶态或薄片状，并放置在样品台上。
样品的厚度通常在纳米到亚微米级别，以保证电子的穿透性。
3. 散射：通过透射电镜的电子束，电子与样品内的原子或分子发生相互作用。
根据样品的组成和结构，电子会被散射并改变方向。
4. 对比度增强：经过样品后，电子束进入投影镜筒。
在此过程中，通过调节投影镜筒中的电子透镜，可以调整电子束的聚焦度和强度。
5. 形成显影：电子束通过样品后，穿过投影镜筒的屏幕或探测器。
探测器接收到散射电子并转化为电子信号，经过放大和处理后，形成最终的图像。
透射电镜的原理是基于电子的波性和散射现象，利用电子的穿透性观察物质的微观结构。
通过控制电子束的聚焦度和强度，结合样品的散射特性，透射电镜可以提供高分辨率和高对比度的图像，用于研究各种材料的微观结构和性质。
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。
透射电镜的成像原理及应用
透射电镜的成像原理及应用1. 引言透射电镜是一种使用电子束来成像的仪器。
它的原理是利用电子束通过样品的透射来形成图像，并通过对电子束的探测和处理来获得样品的详细信息。
透射电镜在材料科学、生物学和物理学等领域中有广泛的应用。
2. 成像原理透射电镜的成像原理基于电子的波粒二象性，即电子既具备粒子特性又具备波动特性。
在透射电镜中，电子从电子枪中发射出来，经过加速和聚焦，形成一束射线。
这束射线通过样品后，与样品中原子和电子相互作用，发生散射和透射现象。
电子的散射会导致图像的模糊和失真，因此透射电镜通常使用薄样品来减小散射效应。
在样品的背面或透射电镜的显微镜中，放置有一个焦平面衍射器。
这个衍射器可以将透射电子的波动性转化为干涉和衍射现象，从而产生有关样品的结构信息。
这些信息通过探测器进行收集，然后通过图像处理算法生成成像结果。
3. 应用领域透射电镜在材料科学、生物学和物理学等领域有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用领域：3.1 材料科学透射电镜在材料科学中的应用主要用于研究材料的微观结构和性能。
通过透射电镜，可以观察和分析材料中的晶体结构、晶界、缺陷和纳米结构等。
这些信息对于材料的设计、开发和性能优化非常重要。
3.2 生物学透射电镜在生物学中的应用主要用于研究生物样品的内部结构和功能。
通过透射电镜，可以观察和分析细胞器、蛋白质和核酸等生物分子的结构。
透射电镜还可以用于研究病原体、病毒和细菌等微生物的形态和生命周期。
3.3 物理学透射电镜在物理学领域中的应用涵盖了多个子领域。
在凝聚态物理学中，透射电镜可用于研究材料的电子结构、能带和费米面等特性。
在量子力学领域，透射电镜可用于研究电子的量子行为，如量子隧穿、波函数干涉和波粒二象性等。
3.4 其他领域透射电镜还在化学、地球科学和纳米技术等领域中有应用。
在化学中，透射电镜可用于研究化学反应的过程和产物。
在地球科学中，透射电镜可用于分析地质样品的矿物组成和结构。
化学物质的透射电镜
化学物质的透射电镜透射电镜是一种常用的分析工具，特别是在化学领域。
它利用电子束照射样品，通过观察电子透射的方式来研究物质的结构和性质。
本文将介绍透射电镜的原理、应用以及在化学物质研究中的重要作用。
一、透射电镜的原理透射电镜的原理基于电子的波粒二象性。
电子具有波动性质，与光的波动性质相似。
通过将电子束聚焦到很小的直径上，并使其通过样品，探测样品中透射电子的强弱，可以了解样品的结构和成分。
二、透射电镜的应用1. 结构研究：透射电镜可以用来研究材料的晶体结构和外形。
通过观察透射的电子的衍射图案，可以确定晶体的晶胞参数、晶面指数等信息。
同时，透射电镜还可以观察到有关晶格缺陷、原子排列和晶界等结构信息。
2. 成分分析：透射电镜可以通过观察透射电子的吸收和散射情况，来确定样品的成分。
利用不同化学物质对电子的散射和吸收的差异，可以获得样品的能谱图像，进而分析样品中的元素种类和含量。
3. 形貌观察：透射电镜还可以用来观察化学物质的形貌。
通过调节电子束的聚焦和透射模式，可以观察到样品的表面形貌以及微观结构，如纳米颗粒、薄膜厚度等。
三、透射电镜在化学研究和应用中的作用1. 新材料研发：透射电镜在新材料研发中起到了重要作用。
通过观察材料的晶格结构、成分分布和缺陷情况，可以帮助科学家们设计和合成具有特定性能的新材料。
2. 催化剂研究：催化剂在化学反应中起到了关键作用。
透射电镜可以用来研究催化剂的结构和活性中心，以及催化剂与反应物之间的相互作用，从而优化催化剂的性能和效率。
3. 纳米材料研究：纳米材料因其独特的物理和化学性质而备受关注。
透射电镜可以观察到纳米材料的形貌和结构信息，帮助了解纳米颗粒的生长机理、表面活性和物理化学性质。
4. 生物化学研究：透射电镜在生物化学领域中也有广泛的应用。
它可以用来观察生物大分子的结构和形貌，如蛋白质、核酸等，对于研究其功能和生物活性具有重要意义。
综上所述，透射电镜在化学物质研究中扮演着重要角色。
透射电镜的工作原理
透射电镜的工作原理
透射电镜是一种高级显微镜，它利用电子束而不是光束来观察样品的微观结构。
透射电镜的工作原理主要包括电子源、电子透镜系统、样品台和检测系统。
首先，电子源产生高能电子束。
通常采用热阴极发射电子的方式，通过加热使
阴极发射出电子，然后经过一系列的加速器和聚焦器，将电子束聚焦到极小的直径，以便能够穿透样品并形成清晰的像。
其次，电子透镜系统起到聚焦和成像的作用。
透射电镜中的电子透镜系统通常
包括几个电磁透镜，通过调节透镜的电压和电流，可以控制电子束的聚焦和偏转，从而实现对样品的高分辨率成像。
然后，样品台是样品放置的地方。
在透射电镜中，样品通常需要制备成极薄的
切片，以便电子束可以穿透并形成像。
样品台通常可以在多个方向上进行微小的移动，以便对样品进行全方位的观察和分析。
最后，检测系统用于接收电子束穿过样品后的信号，并将其转换成图像。
检测
系统通常采用荧光屏或者数字传感器，将电子束的信号转换成可见的图像，并通过电子显微镜的显示器或者计算机进行观察和分析。
总的来说，透射电镜的工作原理是利用高能电子束穿透样品，通过电子透镜系
统的聚焦和成像，将样品的微观结构放大成可见的图像，从而实现对样品的高分辨率观察和分析。
透射电镜在生物学、材料科学、纳米技术等领域有着广泛的应用，对于研究微观结构和表征样品具有重要意义。
透射电镜的原理
透射电镜的原理透射电镜是一种高分辨率成像工具，通过平行束高速电子的透射来形成对样品的影像，其原理主要有三个部分组成，包括电子源、透射样品以及成像极板，下面将对其具体原理进行详细解析。
1.电子源透射电镜的首要任务是生成高能电子。
通常使用钨丝发射电子，当加热到足够温度时就能从其表面发射出电子，并通过电子加速器使其达到足够高的能量。
激发电子后，通过磁透镜进行聚焦使其能量更加聚焦。
电子通过磁透镜到达透射样品区域，并与样品产生相互作用。
2.透射样品透射电镜的样品非常小，通常被压制成薄片。
这种样品能够被插入到具有真空环境的电子显微镜中。
透射样品必须非常薄，通常几十nm或更薄。
这样可以有效让电子束穿过样品，从而更好的观察材料的微观结构特征。
透射样品需要满足几个要求。
首先，它必须足够薄，以使透射电镜的电子穿过样品而不被散射，损失强度或产生干扰。
其次，样品的成分和结构必须在非常高的分辨率下可见。
因此，样品通常需要在比表面积上被采取，并被压成薄膜以便被穿越。
3.成像极板成像极板是透射电镜的一个重要组成部分，主要是将电子穿过样品后产生的信息转化为可见的图像。
通过成像极板，电子会形成亮度和对比度极高的图像，表现出样品的微观特征。
成像极板通常包括荧光屏和相机，荧光屏会将电子转化为可见光，相机则用于捕捉照片将之转化为数字信号。
总体而言，透射电镜的原理是将均匀更高速的电子输送到透过样品中的电子，让电子与样品的原子或分子发生相互作用，这就造成了电子信号发生射线散射，电子在相应的方向整齐穿过样品，并最终在成像极板上被捕获和转换成可见的图像。
这种原理可以提供一种新的方式来观察和研究材料学、物理学、生物学和化学学科。
透射电镜衍射成像原理
透射电镜衍射成像原理
透射电镜是一种高级显微镜，利用电子束来成像样品的内部结构。
透射电镜的成像原理是基于电子的波粒二象性，电子具有波动性，因此可以产生衍射现象。
在透射电镜中，电子束通过样品时会发生衍射，通过观察样品衍射图样可以得到样品的内部结构信息。
透射电镜的成像原理主要包括以下几个方面：
1. 衍射：当电子束穿过样品时，与样品原子相互作用，会发生衍射现象。
电子束的波长通常在纳米级别，与可见光波长相当，因此可以得到高分辨率的图像。
样品的晶格结构会影响电子的衍射图样，通过分析衍射图样可以确定样品的晶格结构和原子排列。
2. 焦点：透射电镜的成像是通过电子透镜进行调焦来实现的。
透射电镜中的透镜由电磁场产生，可以调节电子束的聚焦和散焦。
透射电镜的透镜系统通常包括透镜、准直器和透镜孔径，通过调节透镜的参数可以获得清晰的电子图像。
3. 探测器：透射电镜的探测器通常是电子学传感器，可以将电子束转换为电子信号。
通过调节探测器的灵敏度和增益，可以获取高质量的电子图像。
透射电镜的探测器通常具有高灵敏度和低噪声，可以获取高分辨率的图像。
透射电镜的成像原理是基于电子的波粒二象性，通过电子的衍射现象和透镜系统的调焦来实现高分辨率的图像获取。
透射电镜在材料科学、生物学和纳米技术等领域具有重要的应用价值，可以帮助科学家研究样品的内部结构和性质。
透射电镜的发展将进一步推动科学研究的进步，为人类社会的发展做出贡献。
透射电镜的工作原理
透射电镜的工作原理
透射电镜是一种利用电子束来观察物质内部结构的仪器。
它的工作原理基于电子的粒子性质和波动性质。
首先，透射电镜使用一个电子源，通常是热阴极或场发射阴极，产生高速电子束。
这些电子经过加速器进行加速，形成具有很高动能的电子束。
然后，加速后的电子束进入透镜系统。
透镜系统由一系列的磁透镜和电透镜组成，它们能够控制电子束的路径和聚焦。
这些透镜会使用磁场或电场对电子束进行定向和聚焦，以便使电子束尽可能地准直和聚焦到一个小的区域内。
接下来，电子束进入样品的薄片中。
这个过程需要将样品制备成足够薄的薄片，通常在几个纳米到几十纳米的范围内。
这样，电子束就可以穿过样品，并与样品中的原子和电子发生相互作用。
当电子束穿过样品时，它们会与样品中的原子和电子发生散射和吸收。
这些散射和吸收过程会改变电子束的强度和相位。
通过测量电子束的强度和相位的变化，透射电镜可以获取关于样品内部结构的信息。
最后，电子束通过样品后，它们被收集到一个探测器中。
这个探测器可以是荧光屏、像素探测器或CCD探测器等。
探测器
会记录电子束的强度和相位的变化，生成一个透射电子显微图像。
总的来说，透射电镜利用电子束的散射和吸收来观察样品内部的结构。
通过控制电子束的路径和聚焦，以及收集电子束的强度和相位的变化，可以获取高分辨率的样品图像，从而研究物质的微观特性和结构。
透射电镜成像原理
透射电镜成像原理
透射电镜是一种使用电子束对物质样品进行成像的仪器。
它的成像原理是利用电子的波动特性和与物质的相互作用来实现。
首先，透射电镜中的电子枪产生高能电子束，并通过一系列的电磁透镜来聚焦电子束。
聚焦后的电子束通过空气中的减速电场而减速，最终形成一个合适的电子束直径。
然后，减速后的电子束经过一个称为透射电镜样品室的区域。
在这个区域中，待观察的物质样品被放置在一个特制的网状载体上。
电子束通过样品时，一部分电子将被散射或吸收，而另一部分电子将穿过样品并继续前进。
穿过样品的电子束进入投影电子镜系统。
这个系统包括一个透镜和一个投影屏（荧光屏）。
透镜在电子束上对其进行聚焦，使其束斑尺寸变小。
最终，电子束投射到荧光屏上，并在屏幕上形成一个对应于原始样品的图像。
荧光屏中的电子束的强度变化被转化为亮度变化，从而产生像。
透射电镜的成像原理是基于电子的波动性和与物质的相互作用。
通过调整电子束的能量和电子透镜的参数，可以实现对不同样品的高分辨率成像。
这种成像技术广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域，提供了对微观结构和化学组成的详细信息。
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。
透射电镜原理
透射电镜原理
透射电镜是一种高分辨率的显微镜，它利用电子的波动性来观察物质的微观结构。
透射电镜原理基于电子的波粒二象性，因为电子具有波动性质，所以可以像光一样通过物质透射，并以相干或非相干的方式与物质相互作用。
透射电镜主要由以下几个关键部分组成：
1. 电子源：通常是热阴极或场发射枪，产生高能量的电子束。
2. 准直系统：通过透镜和光阑控制电子束的直径和角度，使其能够聚焦到样品上。
3. 样品台：支撑和定位待观察的样品。
4. 透射系统：通过样品的薄片或薄膜，将电子束透射至检测系统。
5. 检测系统：包括接收屏幕或像面，用于记录或显示透射电子在样品上的散射情况。
在透射电镜中，电子束穿过样品后与样品中的原子核和电子相互作用。
这些相互作用导致电子的散射、吸收和透射。
通过调整电子束的能量、角度和入射条件，可以获得不同的信息。
透射电子显微镜主要用于观察物质的晶格结构、原子排列、晶界、缺陷等微观结构特征。
它具有高分辨率、高放大倍数和宽广的可应用范围，对材料科学、物理学、生物学等领域的研究起到了重要的支持和推动作用。
电镜的基本原理(1)透射电镜
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在台湾只要往有山的道路上走一走，就随处都可看到「农 舍」变「精舍」，山坡地变灵塔，无非也是为了等到死后，
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透射电子显微镜的样品处理
样品的一般制备方法 1、粉末样品可将其分散在支持膜上进行观察。
2、直接制成厚度在100－200nn之间的薄膜样品，观 察其形貌及结晶性质。一般有真空蒸发法、溶 液凝固(结晶)法、离子轰击减薄法、超薄切片 法、金届薄片制备法。
3、采用复型技术，即制作表面显微组织浮雕的复形
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光学显微镜的分辨率为光波波长的一半(约为2000Å)，
眼睛的分辨率为0.2mm，因此光学显微镜最大放大倍数为
1000倍, 超过这个数值并不能得到更多的信息，而仅仅是
将一个模糊的斑点再放大而已．多余的放大倍数称为空放
大。
• 为了看清楚原子．电镜必须有优于2.5 Å的原子尺寸的 分辨率和50万~100万倍的放大倍数，否则就不能在底片 上记录下原子的存在。目前200kV电镜的技术水平已达到 放大倍数100万倍，点分辨率1.9 Å，晶格分辨率1.4 Å．目 前最高水平仪器的品格分辨率可达０.５ ．基本可以在底 片上记录下原于的存在，清晰地反映原子在空间的排列．
个原于的显微镜，并且还能进行纳米尺度的晶
体结构及化学组成分析，成为全面评价固体微 观结构的综合性仪器．
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电子显微镜利用电磁透镜使电子束聚焦成 像，具有极高的放大倍数和分辨率，可以洞察 物质在原子层次的微观结构．但是高聚物和生 物大的结构本身又容易在 电子束的照射下产生损伤，因此像的反差及清 晰度不高。英国医学研究委员会分子生物实验 室的A Klug博士，把衍射原理与电子显微学巧 妙地结合在一起，发展了一整套图像处理方法， 把生物标本的电子显微像的分辨率提高到可以 观察生物分子内部结构的水平．并用它研究了 核酸—蛋白质构成的染色体的结构，对细胞分 化和癌症起因的探讨起到了重要作用，因而获 得了1982年诺贝尔化学奖．这也为从分子水平 上阐明高聚物的结构和弄清高聚物结构与性能 的关系开辟了新的前景。
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。
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§透射电镜主要结构 §透射电镜电子图象形成原理 §透射电镜样品制备 §电子衍射及结构分析
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透射电子显微镜
透射电子显微镜是利用电子的波动性 来观察固体材料内部的各种缺陷和直接观 察原子结构的仪器。尽管复杂得多，但它 在原理上基本模拟了光学显微镜的光路设 计，简单化地可将其看成放大倍率高得多 的成像仪器。一般光学显微镜放大倍数在 数十倍到数百倍，特殊可到数千倍。而透 射电镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之 间，有些甚至可达数百万倍或千万倍。
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2）成象放大部分
这部分由试样室、物镜、中间镜、投影镜等 组成。 （1）试样室：位于照明部分和物镜之间，它 的主要作用是通过试样台承载试样，移动试样。 （2）物镜：电镜的最关键的部分，其作用是 将来自试样不同点同方向同相位的弹性散射束会 聚于其后焦面上，构成含有试样结构信息的散射 花样或衍射花样；将来自试样同一点的不同方向 的弹性散射束会聚于其象平面上，构成与试样组 织相对应的显微象。透射电镜的好坏，很大程度 上取决于物镜的好坏。
二次象 投影镜
三次象 （荧光屏） （a）高放大率
（b）衍射
（c）低放大率
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物镜关闭 无光阑
中间镜 （作物镜用）
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第一实象 投影镜
极低放大率象
（荧光屏） 普查象
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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。
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2 . 真空系统
作用
为了保证电子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 10-4~10-7 毫米汞柱。
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电子束透过试样时，所得到的透射电子束的强 度及方向均发生了变化，由于试样各部位的组织 结构不同，因而透射到荧光屏上的各点强度是不 均匀的，这种强度的不均匀分布现象就称为衬度， 所获得的电子像称为透射电子衬度像。 其形成的机制有两种： 1.相位衬度 如果透射束与衍射束可以重新组合，从而保持 它们的振幅和位相，则可直接得到产生衍射的那 些晶面的晶格像，或者一个个原子的晶体结构像。 仅适于很薄的晶体试样(≈100Å)。
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透射电镜的主要结构
目前，风行于世界的大型透射电镜，分辨本领为2~3 埃，电压为20～500kV，放大倍数50~1200,000倍。由于 材料研究强调综合分析，电镜逐渐增加了一些其它专门仪 器附件，使其成为微观形貌观察、晶体结构分析和成分分 析的综合性仪器，即分析电镜。它们能同时提供试样的有 关附加信息。 高分辨电镜的设计分为两类：一是为生物工作者设计 的，具有最佳分辨本领而没有附件；二是为材料科学工作 者设计的，有附件而损失一些分辨能力。另外，也有些设 计，在高分辨时采取短焦距，低分辨时采取长焦距。
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§透射电镜电子图像形成原理
1．散射 ① 单个原子对入射电子的散射： 弹性散射、非弹性散射
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电子的散射
当从电子枪发射的一束电子沿一定入射方向进入物质 内部后，由于与物质的相互作用，使电子的运动方向发生 改变，这一过程称为物质对电子的散射。在散射过程中， 如果入射电子只改变运动方向，而不发生能量变化，称为 弹性散射。如果被散射的入射电子不但发生运动方向的变 化，同时还损失能量，则称为非弹性散射。
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透射电镜样品制备
通常，用于TEM观察的试样薄区的厚度要小于200nm，薄膜试 样可由大块材料制备得到，称为薄膜法；也可以用非晶材料将试 样表面结构和形貌复制成薄膜，即“复型”法。 对于薄膜法制备试样，最重要的是在制备过程中试样的组织 结构和化学成分不发生变化，制备成的薄膜试样能够保持大块试 样的固有性质。其次，用于观察的薄区面积要足够大。 由大块试样制备薄膜的程序： (1) 取样：用砂轮片、金属丝锯或电火花切割等方法从大块试样 上切取厚度为0.5mm左右的“薄块“。 (2) 预先减薄：用机械研磨、化学抛光或电解抛光等方法将“薄 块”试样预先减薄至0.1mm左右的“薄片” (3)最终减薄：一般来说，机械研磨的损伤层较大，因此最终减 薄时不用机械方法，而用某些特殊的电解抛光或离子轰击等技术 将“薄片”最终减薄到<2000埃的“薄膜”
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场发射电子枪及原理示意图
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热发射和场发射的电子枪
热发射的电子枪其主要缺点是枪体的发 射表面比较大并且发射电流难以控制。近来 越来越被广泛使用的场发射型电子枪则没有 这一问题。如上图所示，场发射枪的电子发 射是通过外加电场将电子从枪尖拉出来实现 的。由于越尖锐处枪体的电子脱出能力越大， 因此只有枪尖部位才能发射电子。这样就在 很大程度上缩小了发射表面。通过调节外加 电压可控制发射电流和发射表面。
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（4）聚光镜：由于电子之间的斥力 和阳极小孔的发散作用，电子束穿过 阳极小孔后，又逐渐变粗，射到试样 上仍然过大。聚光镜就是为克服这种 缺陷加入的，它有增强电子束密度和 再一次将发散的电子会聚起来的作用。
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阴极（接负高压）
控制极（比阴极 负100~1000伏）
阳极 电子束 聚光镜
试样 照明部分示意图
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电镜的成像光路上除了物镜和投影镜外， 还增加了中间镜，即组成了一个三级放大成像 系统。 物镜和投影镜的放大倍数一般为100，中间 镜的放大倍数可调，为0－20。中间镜的物平面 与物镜的像平面重合，在此平面装有一可变的
光阑，称为选区光阑。荧光屏、光学观察放大 镜及照相机等组成观察系统。
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电镜构造的两个特点
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透射电镜三要素 1、分辨率 2、放大倍数 3、衬度
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分辨率
大孔径角的磁透镜，100kV时，分辨率可达0.005nm。 实际TEM只能达到0.1－0.2nm，这是由于透镜的固有像 差造成的。 提高加速电压可以提高分辨率。已有300kV以上的商品 高压(或超高压)电镜，高压不仅提高了分辨率，而且允许 样品有较大的厚度，推迟了样品受电子束损伤的时间。但 高加速电压意味着大的物镜，500kV时物镜直径45－ 50cm。
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电子枪
电子枪的类型有热发射和场发射两种， 大多用钨和六硼化镧材料。一般电子枪的 发射原理与普通照明用白炙灯的发光原理 基本相同，即通过加热来使整个枪体来发 射电子。电子枪的发射体使用的材料有钨 和六硼化镧两种。钨比较便宜并对真空要 求较低，六硼化镧发射效率要高很多，其 电流强度大约比前者高一个量级。
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光学显微镜和电镜路图比较
请看下图
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光源
聚光镜
电子枪
聚光镜
试样 物镜
试样 物镜
中间象 目镜
中间象
投影镜
毛玻璃 照相底板
观察屏 照相底板
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透射电镜一般是由电子光学系统、真 空系统、供电系统三大部分组成。
1 . 电子光学系统
近代大型电子显微镜从结构上看，和光学透镜非 常类似。 1）照明部分 （1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米 的钨丝作成V或Y形状。 （2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安 全，一般都是阳极接地，阴极带有负高压。 （3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大 小，调节象的亮度。 阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其 动能，因此，人们习惯上把它们通称为“电子枪”。
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2. 振幅衬度 振幅衬度是由于入射电子通过试样时，与试样 内原子发生相互作用而发生振幅的变化，引起反 差。振幅衬度主要有质厚衬度和衍射衬度两种：
① 质厚衬度
由于试样的质量和厚度不同，各部分对入射电 子发生相互作用，产生的吸收与散射程度不同， 而使得透射电子束的强度分布不同，形成反差， 称为质厚衬度。 ② 衍射衬度 衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射 条件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图像 反差。它仅属于晶体结构物质，对于非晶体试样 是不存在的。
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放大倍数
透射电镜最大的放大倍数等于肉眼分辨率(约 0.2mm)除以电镜的分辨率0.2nm，因而在106数 量级以上。
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衬度
在分析TEM图像时，亮和暗的差别(即衬度，又 称反差)到底与样品的什么特性有关，这点对解释 图像非常重要。
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成像的影响因素
电子数目越多．散射越厉害，透射电子就越少，从而 图像就越暗 样品厚度、原子序数、密度对衬度也有影响，一般有下 列关系： a．样品越厚，图像越暗； b．原于序数越大，图像越暗； c．密度越大，图像越暗 其中，密度的影响最重要，因为高分子的组成中原于序 数差别不大，所以样品排列紧密程度的差别是其反差的主 要来源。
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使用透射电镜的最主要的目的就是获得高质量 的放大图象和衍射花样，因此成像系统是电子光 学系统中最核心的部分。 现代透射电镜的成像系统基本上是由三组电磁 透镜（物镜、中间镜和投影镜）和两个金属光阑 （物镜光阑和选区光阑）以及消像散器组成。电 磁透镜用于成像和放大，其数目取决于所需的最 大放大倍数。物镜光阑和选区光阑可以限制电子 束，从而调整图像的衬度和选择产生衍射图案的 图像范围。像消散器可以用于消除由透镜产生的 像散。
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透射电子显微镜的观测内容
1、表面起伏状态所反映的微观结构问题；
2பைடு நூலகம்观测颗粒的形状、大小及粒度分布； 3、观测样品个各部分电子射散能力的差异；
4、晶体结构的鉴定及分析。
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近代高性能电镜一般都设有两 个中间镜，两个投影镜。三级放大 放大成象成象和极低放大成象示意 图如下所示:
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物 物镜 衍射谱 选区光阑 一次象 中间镜
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3 . 供电系统
透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的 高压部分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分。 电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为 重要的标志。所以，对供电系统的主要要求是产 生高稳定的加速电压和各透镜的激磁电流。 近代透射电镜除了上述电源部分外，尚有自 动操作程序控制系统和数据处理的计算机系统。