透射实验报告参考内容
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实验3——TEM结构及组织观察
一、实验内容(5’)
1 学习透射电子显微镜的工作原理及基本结构
2 熟悉塑料-碳二级复型及金属薄膜的制备方法
3 学会分析典型组织的图像
二、实验目的及要求(5’)
1 熟悉透射电子显微镜的结构与工作原理
2 熟悉塑料-碳二级复型及金属薄膜的制备方法
3 了解透射电子显微镜的操作规程
4学会分析典型组织的图像
三、实验仪器设备(5’)
1 透射电子显微镜(型号:)
2 离子减薄仪,电火花切割机
3 真空镀碳膜仪,AC纸
4 超声波清洗仪,电吹风
5 试样
四、实验原理(10’)
透射电子显微镜是以短波长的电子束为照明源,用电磁透镜成像,并与特定的机械装置、电子和高真空技术相结合所构成的现代化大型精密电子光学仪器。
(一)透射电子显微镜的原理和特点
透射电子显微镜简称透射电镜,是一种电子束透过样品而直接成像的电镜。使用短波长的入射电子束与样品作用后产生的透射电子(主要是散射电子)为信号,通过电磁透镜将其聚焦成像,并经过多级放大后,在荧光屏上显示出反映结构信息的电子图像。
透射电镜的特点是分辨率高,已接近或达到仪器的理论极限分辨率(点分辨率0.2~0.3nm,晶格分辨率0.1~0.2 nm);放大倍率高,变换范围大,可从几百倍到数十万倍(最高已达80万倍);图像为二维结构平面图像,可以观
察非常薄的样品(样品厚度为50 nm左右);样品制备的超薄切片为主,操作比较复杂。透射电镜适用于样品内部显微结构及样品外形(状)的观察,也可进行纳米样品粒径大小的测定。
(二)透射电子显微镜的结构及作用
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。
(1)电子光学系统:此系统包括电子枪,即电子发射源。电子枪系由阴极、栅极、阳极3个电极组成的静电系统,经50~120 KV的电压加速,成为高速电子流投向聚光镜。聚光镜的作用是将电子枪中射出的电子束聚焦,以最小的损耗递送到样品上。样品室的作用是承载样品。样品室还有一个气锁装置,使在更换样品后数秒钟内即可恢复至正常工作的真空状态。物镜是电镜的关键部件,它决定了电镜的分辨能力,对成像的质量起决定性作用。此外还有中间镜,结构和物镜类似,作用是将经物镜放大的电子像再作二级放大。位于中间镜之下的投影镜,是一个高倍率强透镜。此外就是成像的荧光屏和观察室以及照相装置。
(2)真空系统:电镜的镜筒空间部分是电子束的通道,不许有任何游离的气体存在,工作时必须要保持绝对真空。真空系统通常包括机械泵、空气过滤器、油扩散泵及排气管道等部件。
(3)供电系统:高性能的电镜供电系统包括安全系统、总调压器、真空电源、透镜电源、高压电源及辅助电源系统。
(4)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10-5Torr(1Torr=133.322Pa),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1.33×10-6Pa或更高。
(三)透射电镜试样制备
1 表面复型法:该法是用碳、硅或火棉胶液的薄膜将标本的表面拓印下来,再在透射电镜观察印在薄膜上的精细结构。可采用塑料和碳复型等方式。
2 金属薄膜法:制备厚度在500nm以下的金属薄片,直接放在透射电子显微镜下,进行组织观察或电子衍射。可采用机械、化学、离子减薄等方法制备。
五、实验实施步骤(10’)
1 开机
2 检测前准备
(1)合轴调整;(2)像散校正;(3)放大倍率校正;(4)相机常数校正;
(5)磁转角校正;(6)样品高度调整
3 工作条件的选择
(1)加速电压;(2)样品安装
4 观察和测定
(1)质厚衬度像;(2)选区电子衍射和微衍射;(3)衍射衬度明场像和暗场像;(4)弱束暗场像;(5)高分辨像;(6)会聚束电子衍射;(7)晶体点阵类型和点阵常数测定;(8)微小尺寸和形状的检测;(9)电子能量损失谱分析(10)X射线能谱分析
5 检测后仪器的检查和关机
取出样品,退出物镜光阑和选区光阑,调到低放大倍率,聚光镜散焦。依次关灯丝电流、高压、主机和其它附件的电源。盖上观察室护板,待15min后,关冷却水系统和稳压电源。
六、实验结果及分析(35’)
1透射电子显微镜的基本结构及成像特点
(根据实验介绍,要求画出透射电子显微镜简要的镜筒剖面示意图。示意图示出透射电子显微镜成像放大与电子衍射、明场与暗场的成像规律,此处可先行画出)
2 金属薄膜的制备方法
[(此处带实验后写出)写出用双喷电解抛光法制备金属薄膜的步骤和方法。
(1)装置主要有三部分组成:电解冷却与循环部分,电解抛光减薄部分以及观察样品部分。
(2)样品制备过程
①电火花切割:从试样上切割下0.3mm薄片。
②在小冲床上将0.3mm薄片冲成直径为3mm的小试样。
③φ3mm薄片在水磨金相砂纸上磨薄到0.1~0.2mm。
④电解抛光减薄:把无锈、无油、厚度均匀、表面光滑、直径为3mm的样品放入样品夹具上。
⑤最后制成的样品。
⑥样品制成后应立即观察,暂时不观察的样品要妥善保存。]
3 薄膜成像观察
(将样品分别在明场成像、衍射及暗场成像的操作与观察。将明场、暗场像及电子衍射的操作方法与步骤写出。根据实验要求,按照步骤分别写出并作出相应的分析[(1)透射电镜图像底片按照质厚衬度、衍射衬度、相位衬度成像理论予以解释。(2)电子衍射底片按照电子衍射基本理论进行标定和分析,确定晶体学取向关系或晶体结构。(3)提供样品微区化学成分的定性或定量分析结果。]
此处留出足够的空间)
七、实验思考题(20’)
1透射电子显微镜的成像系统的构成及其特点是什么?
2 如何测定透射电镜的分辨率与放大倍数?电镜的那些主要参数控制着分辨率与放大倍数?
八、实验讨论及总结(10’)