透射电镜(TEM)原理详解
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(TEM)原理详解
• 除了电磁波谱外, 在物质波中, 电子波不仅具有短波长, 而且存在使之发生折射聚焦的物质。所以电子波可以作为 照明光源, 由此形成电子显微镜。
图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)
高压系统
真空系统
操作控制系统
观察和记录系统
阴极透电射子电枪镜来, 获通得常工电采作子用原束热 理
作为照明源。 热阴极发射的电子, 在
阳极加速电压的作用下, 高速穿过阳极孔, 然后被 聚光镜会聚成具有一定直 径的束斑照到样品上。
具有一定能量的电子束 与样品发生作用, 产生反 映样品微区厚度、平均原
量决定于衬度
B
A
（像中各部分
的亮度差异）。
现在讨论的
这种差异是由
于相邻部位原
子对入射电子
散射能力不同, Aˊ
因而通过物镜
光阑参与成像
质厚衬度表达式 令N1为A区样品单位面积参与成像
的电子数，N2为B区样品单位面积参
与成像的电子数，则A.B两区的电子
衬G将度上GN式为1N展1N成2 级 1数，ex并p略N A去 二0M2级22及t2 其
• 正确分析透射电子像，需要了解图象衬度与以上这 些反映材料特征信息之间的关系。
• 透射电子像中，有三种衬度形成机制: • 质厚衬度 • 衍射衬度 • 相位衬度
透射经电典镜像理衬论形成认原为理(散一)射质是厚衬度
供入观察射形貌电结子构的在复型靶样物品和质非晶粒态物质样品的衬度是质厚衬度
1子转.原场。子中可核受采和力用核而散外发 射电生截子偏面对入射电子的散射
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。
tem工作原理
tem工作原理
TEM（透射电子显微镜）工作原理是利用电子束穿透物质样
本并通过透射方式形成样本的显微图像。
TEM是一种高分辨
率的显微镜，可用于观察和研究非常细小的物质结构。
TEM的基本构造包括电子源、透镜系统和探测器。
首先，电
子源产生高能电子束。
然后，电子束通过一系列透镜系统，包括电子透镜和物镜透镜，来聚焦电子束并使其通过样本。
透过样本后，电子束进入投射透镜，再通过聚焦透镜，最后进入探测器。
在通过样本的过程中，一部分电子束会被样本中的原子核、电子等相互作用而散射出去，另一部分电子束则会透过样本并与探测器相互作用。
探测器收集到的透射电子信号会转化为电信号，并通过电子学系统进行放大和处理。
最终，这些电信号被转化为图像，并通过显示器或拍摄设备进行观察和记录。
TEM的工作原理基于电子的波粒二象性，在透明薄样品的情
况下，电子束的穿透性可以用来解析样本内部的微观结构。
TEM在分辨率方面具有很高的优势，可以观察到纳米级别的
细小结构和特征。
同时，TEM还可以通过调整电子束的能量，实现不同样本性质的观测，如原子分辨率、晶体结构、元素分析等。
总而言之，TEM的工作原理是通过电子束穿透样本，利用透
射方式形成样本的显微图像。
这种技术在材料科学、生物科学和纳米科技等领域具有重要的应用价值。
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。
tem透射电镜原理
tem透射电镜原理一、介绍透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种使用电子束替代光束进行成像的高分辨率显微镜。
TEM透射电镜原理基于电子在物质中的透射和散射过程，通过探测透射电子的强度和角度来获取样品的结构和成分信息。
本文将深入探讨TEM透射电镜的原理及相关技术。
二、TEM透射电镜构成TEM透射电镜主要由电子源、准直系统、透射系统、成像系统和检测系统等组成。
1. 电子源电子源是TEM透射电镜的核心部件，常用的电子源有热阴极电子源和场发射电子源。
热阴极电子源通过将阴极加热产生热电子发射，而场发射电子源则通过在阴极上施加电场使电子从电子表面逸出。
2. 准直系统准直系统主要用于使电子束平行和聚焦，其中包括准直透镜和聚焦透镜。
准直透镜通过调节电场强度和方向来纠正电子束的倾斜和离轴度，而聚焦透镜则聚焦电子束到样品上。
3. 透射系统透射系统由样品台和样品支架组成，样品台用于放置样品并调节其位置，样品支架用于固定样品。
透射系统需要保持较高的真空环境，以避免电子束与大气分子的散射和吸收。
4. 成像系统成像系统是TEM透射电镜的重要组成部分，它由投影透镜、中间透镜和物镜透镜构成。
投影透镜用于将透射电子束聚焦到中间透镜上，中间透镜通过改变电子束的角度和位置来控制成像。
物镜透镜则进一步聚焦电子束并形成样品的显微图像。
5. 检测系统检测系统负责接收透射电子束通过样品后所得的信号，并将其转换为数字图像。
常见的检测器有荧光屏、透射电子束照相机和透射电镜扫描仪等。
三、TEM透射电镜原理TEM透射电镜的原理是基于电子在物质中的透射和散射过程。
当透射电子束通过样品时，它们与样品中的原子和电子相互作用，发生散射和透过过程。
散射会改变电子束的方向和能量，而透过则使电子束无散射地穿过样品。
透射电子的强度和角度是获取样品信息的重要参数。
强度反映了透射电子束通过样品的衰减程度，可以获得样品的吸收信息；角度则表示了透射电子的散射情况，可以获得样品的晶体结构和形貌信息。
tem工作原理
tem工作原理TEM（透射电子显微镜）是一种高分辨率的显微镜，它利用电子束而不是光束来形成显微图像。
TEM的工作原理是通过透射电子来观察样品的内部结构和组成。
下面将详细介绍TEM的工作原理及其应用。
TEM通过发射高能电子束照射样品，样品中的原子核和电子云与电子束相互作用，产生散射和吸收现象。
这些散射和吸收现象会改变电子束的方向和强度，进而形成显微图像。
TEM使用电磁透镜来聚焦电子束，使其能够穿过样品并投影在物理探测器上，从而形成高分辨率的图像。
TEM的工作原理基于电子的波粒二象性。
电子具有波动性质，其波长与其动能有关。
由于电子的波长比可见光的波长要短得多，因此TEM能够实现比光学显微镜更高的分辨率。
此外，电子束的焦点和放大倍数可以通过调整电磁透镜的参数进行控制，从而进一步提高分辨率。
TEM还可以通过使用透射电子衍射（TED）来分析样品的晶体结构。
当电子束通过晶体样品时，会发生衍射现象，形成一个衍射图样。
通过分析衍射图样，可以确定样品的晶体结构、晶格常数和晶体缺陷等信息。
TEM广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。
在材料科学中，TEM可以用于研究材料的晶体结构、晶格缺陷、界面性质等。
在生物学中，TEM可以用于观察生物样品的细胞结构和超微结构。
在纳米技术领域，TEM可以用于研究纳米材料的形貌、尺寸和结构。
除了观察样品的结构，TEM还可以进行成分分析。
通过在TEM中加入能量色散X射线光谱仪（EDS），可以测量样品中不同元素的含量和分布。
这种组合技术被称为透射电子显微镜-能量色散X射线光谱仪（TEM-EDS）。
总结一下，TEM利用电子束来观察样品的内部结构和组成。
它的工作原理基于电子的波粒二象性，通过调整电磁透镜的参数来实现高分辨率的成像。
TEM在材料科学、生物学和纳米技术等领域有着广泛的应用，可以帮助科学家研究和理解物质的微观世界。
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
透射电镜工作原理
透射电镜工作原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种使用电子束代替光线的高分辨率显微镜，其原理基于电子的波动性。
相比于光学显微镜，透射电镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数。
透射电镜的工作原理可以分为三个主要部分：电子源、样品和电子探测器。
首先，透射电镜的电子源通常是热阴极电子枪，它通过电子加速器产生高能电子束。
当电子从阴极中发射出来后，通过一系列的电磁透镜进行整形和聚焦，形成一个细小而密集的电子束。
接下来，电子束穿过一个极细的样品片，该样品片通常是由金属或其他材料制成的。
然而，由于电子波长非常短，所以需要非常薄的样品以便电子束能够穿过。
一般来说，样品的厚度通常在几个纳米至几十纳米之间。
然后，电子束通过样品后会遭遇各种相互作用，如散射、透射和吸收等。
这些相互作用会改变电子束的路径和强度。
透射电镜通过测量电子束的强度和角度变化，并根据这些变化得出关于样品的信息。
最后，电子束通过电子探测器进行检测。
常见的探测器包括像像面屏幕、荧光屏、像增强器、摄像机等，可以捕捉到电子束经过样品后的信息。
这些信息可以通过图像形成器形成显微图像，并且可以用来分析样品的结构、形貌和成分等。
透射电子显微镜具有非常高的分辨率，可以达到亚埃（1埃=10-10米）甚至更小的标量级。
这是由于电子的波长比光线的波长要小得多，从而可以克服光线在光学显微镜中的衍射极限。
因此，透射电子显微镜可以看到比光学显微镜更小的细节。
透射电子显微镜不仅可以观察晶体结构、原子排列、晶界和界面等纳米级尺度的细节，还可以提供化学信息，通过能谱仪、电子能量损失光谱仪等。
相比于其他显微镜，透射电子显微镜对样品的制备要求更高，因为样品必须非常薄且均匀，以保证电子束的透射。
总之，透射电子显微镜是一种利用电子束取代光线的高分辨率显微镜。
通过热阴极电子枪产生高能电子束、样品的透射与散射、以及电子束的探测，透射电子显微镜可以获得关于样品的结构、形貌和成分等详细信息。
tem原理
tem原理
TEM原理。
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)是一种能够观察物质
微观结构的高分辨率显微镜，其原理基于电子的波动性和电子与物质相互作用的特性。
在TEM中，电子穿过薄样品并被聚焦成像，通过对电子的透射和散射来获取
样品的显微图像和结构信息。
TEM的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 电子发射和加速，TEM中使用的电子源通常是热阴极或场发射阴极，通过
加速电场将电子加速到较高的能量。
2. 电子透射和散射，加速后的电子穿过样品，与样品原子核和电子云相互作用，发生透射和散射。
透射电子主要用于形成样品的显微图像，而散射电子则提供有关样品成分和结构的信息。
3. 电子成像，透射电子通过透镜系统进行成像，形成样品的显微图像。
透射电
子显微镜具有较高的分辨率，可以观察到纳米级甚至更小尺度的结构。
4. 分析和图像处理，通过对透射电子显微图像的分析和处理，可以获取样品的
晶体结构、成分分布、缺陷等信息。
在TEM的工作过程中，需要考虑到电子束的聚焦、样品的制备和处理、成像
参数的选择等因素，以获得高质量的显微图像和可靠的结构分析结果。
此外，还需要注意样品的厚度和化学成分对电子的透射和散射的影响，以避免由于样品特性造成的成像和分析误差。
总的来说，透射电子显微镜是一种非常强大的工具，能够帮助科学家和工程师
观察和研究各种材料的微观结构和性质。
通过深入理解TEM的工作原理和技术细
节，可以更好地利用这一先进的显微分析技术，推动材料科学、纳米技术、生物医学等领域的研究和应用。
透射电镜的成像原理
透射电镜的成像原理
透射电镜（TransmissionElectronMicroscopy,TEM）是利用电磁理论设计出来的一种新型电镜，它主要用来观察生物大分子的结构，通过电子束的照射使样品表面产生各种变化，从而反映出样品表面的形貌、尺寸、元素组成等信息。
TEM还可用于观察原子和分子水平的物理和化学现象。
下面简单介绍一下TEM成像原理。
一、电子束扫描
电子束是一种很强的电磁波，当它照射到样品上时，一部分能量被反射回来，一部分能量被发射出去，在样品表面产生散射光。
散射光穿过样品后被收集起来。
通过对收集到的散射光进行测量，就可以得到样品表面的散射光强度、波长等信息。
二、成像原理
TEM的基本工作原理是：在电子束的作用下，样品表面产生周期性的振动和反弹，引起电子-声子耦合并产生电磁波，从而使样品表面产生一系列不同波长、不同振幅和不同相位的电子波，这些波通过聚焦系统聚焦到物镜的中心并通过透镜汇聚到焦点。
—— 1 —1 —。
tem的工作原理
tem的工作原理
TEM（Transmission Electron Microscope，透射电子显微镜）
的工作原理是利用电子束的穿透性和波粒二象性，对物质的内部结构进行观察和分析。
TEM的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 电子源发射电子束：TEM中通常采用热阴极或场发射阴极
作为电子源，通过加热或加电的方式产生电子束。
电子束在电子枪中发射出来，并进入加速管道。
2. 加速电子束：电子束进入加速管道后，受到静电场的加速作用，速度逐渐增加。
通常在加速管道中使用电压差使电子束加速。
3. 束缚电子进产生物质的相互作用：加速的电子束进入样品室，在进入样品之前，通过减速器减少电子束的能量，以避免对样品的损伤。
4. 物质的相互作用：电子束与样品中的物质相互作用时，发生散射、透射、吸收等过程。
散射会导致电子的偏转，通过探测器可以得到样品的散射图像信息。
5. 透射电子成像：经过样品的透射电子束会被透射电子透镜系统聚焦，进入投影平面，形成透射电子显微图像。
透射电子显微图像通过透射电子显微镜的成像系统将样品的微观结构放大到人眼可见的范围。
6. 分析和显示：透射电子显微图像通过相应的探测器进行采集和处理，利用计算机技术进行图像增强和重建，最终以图像的形式显示出来。
TEM的工作原理基于电子束的特性，能够实现对样品高分辨率的显微观测。
它在物理学、材料科学、生物学等领域有着广泛的应用，可以揭示物质的微观结构和性质，为科学研究提供了重要的工具和方法。
透射电镜的原理
透射电镜的原理透射电镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种利用电子束来观察样品内部微观结构的高分辨率显微镜。
它的原理是利用电子的波粒二象性，通过透射样品并对透射电子进行成像，从而获得样品内部的高分辨率图像。
透射电镜的原理主要包括电子发射、电子透射、成像和检测四个主要步骤。
首先是电子发射。
透射电镜使用的电子源通常是热阴极，通过加热阴极，使其发射出高速电子。
这些电子经过加速和聚焦后形成电子束，用于透射样品。
其次是电子透射。
电子束穿过样品时，会与样品中的原子核和电子发生相互作用，产生散射和吸收。
透射电子束的强度和方向会受到样品内部结构的影响，因此可以通过测量透射电子的强度和方向来获取样品的内部结构信息。
然后是成像。
透射电镜使用电磁透镜来对透射电子进行成像。
透射电子束通过样品后，会被透镜聚焦成一个细小的电子束，然后投射到感光底片或电子传感器上，形成样品的高分辨率图像。
最后是检测。
透射电镜的成像系统会将透射电子束转换成可见的图像，通过调节透镜和检测器的参数，可以获得不同对比度和分辨率的图像。
透射电镜的原理虽然简单，但是在实际操作中需要考虑许多因素，比如样品的制备、透射电子的能量、透镜的性能等。
同时，透射电镜的应用也非常广泛，可以用于生物学、材料科学、纳米技术等领域的研究。
总的来说，透射电镜的原理是利用电子的波粒二象性，通过透射样品并对透射电子进行成像，从而获得样品内部的高分辨率图像。
它的应用范围广泛，对于研究微观结构和纳米材料具有重要意义。
希望本文能够对透射电镜的原理有一个简要的了解。
tem的基本原理及应用
tem的基本原理及应用1. tem的基本原理Transmission Electron Microscope（透射电子显微镜，简称tem）是一种高分辨率的显微镜，它使用电子束而不是光束来形成样品的图像。
tem基于透射电子成像原理，可以观察到细微的材料结构和成分。
tem的基本原理如下： - 电子源：tem使用电子束而不是光束来形成图像。
电子源通常是钨丝发射管或场发射枪，通过升压电源和加热装置产生高能电子。
- 准直系统：通过准直集光系统可以调整电子束的直径和形状，以便得到所需的分辨率。
- 对样品的透射：样品位于电子束的路径上，并允许电子通过样品进行透射。
样品通常需要非常薄，通常在纳米尺度以下。
- 透射电子成像：透射电子成像是tem的核心原理，通过搜集透射电子的信号并进行衍射和聚焦，形成样品的高分辨率图像。
2. tem的应用tem广泛应用于材料科学、生物科学和纳米科学等领域，可以揭示材料的微观结构和成分，为科学研究提供重要的信息。
以下是tem的几个主要应用领域：2.1 材料科学•晶体学研究：tem可以观察晶体的晶格结构、缺陷和相界，帮助理解材料的结晶行为和性能。
•纳米材料研究：tem可以观察纳米材料的形貌、尺寸以及纳米颗粒的分布，有助于研究纳米材料的合成和特性。
•薄膜分析：tem可以通过观察薄膜的微观结构和成分，评估薄膜的质量和性能。
2.2 生物科学•细胞结构研究：tem可以观察细胞的超微结构、细胞器和细胞内分子结构，帮助了解细胞的功能和疾病机理。
•生物大分子研究：tem可以通过观察蛋白质和核酸等生物大分子的结构，揭示生物分子的功能和相互作用。
2.3 纳米科学•纳米结构研究：tem可以观察纳米材料的结构和形貌，揭示纳米尺度下的物理和化学性质。
•纳米器件研究：tem可以观察纳米器件的结构和性能，为纳米电子学和纳米器件的设计提供指导。
结论tem作为一种高分辨率的显微镜，具有广泛的应用价值。
它可以揭示材料的微观结构和成分，为科学研究提供重要的信息。
tem的主要原理和基本应用
tem的主要原理和基本应用1. 什么是TEMTEM是透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope）的简称。
它是一种利用高速电子束穿透样品后形成的衍射图样来观察样品内部结构的一种高分辨率显微镜。
TEM的分辨率可以达到纳米级别，能够观察到非常细小的结构和细节。
2. TEM的工作原理TEM工作的基本原理是将电子加速到很高的能量，形成高速的电子束，然后让这束电子束通过样品，电子穿过样品后，会和样品中的原子或分子发生相互作用，产生散射、吸收和衍射等现象。
这些现象通过透射电子显微镜的相应装置可以被捕捉、转化为图像。
2.1 电子源和加速器TEM中的电子源一般使用热电子发射阴极或场发射阴极，产生高亮度的电子束。
然后，这些电子被加速器加速到所需的能量。
2.2 透镜系统透镜系统由电子透镜和磁场构成，主要用于控制电子束的聚焦和收束。
透镜系统中常用的透镜包括凸透镜、凹透镜和电子源边界控制透镜等。
2.3 样品与探测器样品是TEM中观察的对象，可以通过薄片制备，以保证电子的透射。
样品放置在TEM中的样品台上，并通过样品台进行精确的位置调整。
探测器则用于捕捉透射电子的图像，并将其转化为可见的图像或数字信号。
3. TEM的基本应用3.1 结构表征TEM能够观察物质的微观结构，包括晶体的晶格结构、晶界、界面等，通过该技术可以研究晶体的缺陷、晶体生长机制等问题。
3.2 化学组成分析TEM可以通过能谱和散射分析技术对样品进行化学成分的分析。
能谱分析可以通过测量透射电子的能量来确定样品中各种元素的存在和含量，而散射分析则可以通过测量透射电子的散射角度来确定样品的结构和化学成分。
3.3 纳米材料研究TEM是研究纳米材料的重要工具。
纳米材料的尺寸非常小，常常只有几纳米甚至更小，TEM的高分辨率可以观察到纳米材料的形貌、晶体结构、分布等信息，对纳米材料的制备和性质研究具有重要意义。
3.4 生物学研究TEM在生物学研究中也得到了广泛应用。
tem透射电镜原理
tem透射电镜原理TEM透射电镜是一种高分辨率的显微镜，它可以用来观察物质的微观结构。
TEM透射电镜的原理基于电子的波动性和衍射现象，通过将电子束穿过样品并记录其散射模式来获得样品内部的信息。
下面将详细介绍TEM透射电镜的原理。
一、电子束的发生和聚焦TEM透射电镜中使用加速器产生高速电子，这些电子被聚焦成一个极小的束，并通过一个准直器进入样品。
准直器通常由多个金属环组成，它们可以控制聚焦和准直度。
在穿过样品之前，电子束必须经过一系列光学元件进行聚焦。
二、样品制备在进行TEM透射电镜观察之前，样品必须进行特殊制备以确保其具有足够的薄度和透明度。
通常采用切片技术来制备样品，将样品切成非常薄的片（通常在10-100纳米范围内），然后使用特殊技术将其支撑在网格上。
三、衍射当电子束穿过样品时，它们与样品中的原子发生相互作用，导致电子束的散射。
这些散射电子会在样品中产生衍射图案，这个图案可以被记录下来并用于确定样品内部的结构。
四、透射除了散射，一部分电子束也会穿过样品并达到检测器。
这些透射电子可以提供有关样品内部结构的信息，并且通常用于获得高分辨率图像。
五、成像TEM透射电镜使用成像技术来捕捉衍射和透射电子的信号，并将其转换为图像。
通常使用荧光屏或CCD相机来记录图像。
由于TEM透射电镜具有非常高的分辨率，因此可以获得非常详细的图像，甚至可以观察到单个原子。
六、应用TEM透射电镜广泛应用于材料科学、纳米技术、生物学和化学等领域。
它可以帮助科学家们研究材料和生物体系的微观结构，并且在新材料开发和药物研究方面具有重要作用。
总之，TEM透射电镜是一种非常重要的显微镜，它使用电子束来观察物质的微观结构。
它的原理基于电子的波动性和衍射现象，并且可以帮助科学家们研究材料和生物体系的微观结构。
tem电镜原理
tem电镜原理
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种高分辨率的显微镜，它使用电子束而不是可见光来观察样品的微观结构。
TEM原理涉及电子束的生成、束的传递和样品的交互，以产生高分辨率的图像。
以下是TEM的工作原理的基本概述：
1.电子源：TEM使用电子枪作为其电子源。
电子枪通常包括一个
加速电压源，它将电子加速到非常高的速度。
这些高能电子具
有较短的波长，使其能够产生高分辨率图像。
2.电子束形成：通过电子枪发射的电子束通过一系列电磁透镜
（例如，透镜、对焦透镜和孔径透镜）来聚焦和形成一个细小
的电子束。
这个电子束被定向并传递到样品上。
3.样品交互：样品通常是薄片，允许电子穿透样品。
当电子束通
过样品时，一部分电子被样品中的原子核和电子云散射或吸收，而另一部分电子会继续穿透。
4.成像系统：穿透的电子束进入成像系统，包括目标屏幕或检测
器。
检测器捕获穿透电子的信号，并将其转化为图像。
5.图像生成：通过处理和放大检测器的信号，TEM系统生成高分
辨率的黑白或彩色图像，显示样品的内部结构。
TEM的分辨率非常高，通常能够解析纳米级别的细节。
这使得TEM 成为研究纳米材料、细胞、晶体结构、蛋白质、细胞器等微观结构的有力工具。
TEM还可以通过电子衍射技术来确定晶体结构，以及通过能谱分析来确定元素的成分。
总的来说，TEM的原理涉及使用高能电子束来照亮样品并捕获散射或吸收的电子信号，以生成高分辨率的图像。
这使得TEM成为研究微观世界的一种强大工具。
TEM的原理和应用
TEM的原理和应用1. TEM的基本原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种通过透射电子来观察物质的显微镜。
它利用电子束透过样品并形成像，通过对透射电子的衍射和散射进行分析，可以获取样品的高分辨率图像和相关结构信息。
TEM的基本原理如下： - 透射电子源产生高速电子束； - 电子束通过透镜系统进行聚焦； - 电子束通过样品，与样品中的原子进行相互作用； - 经过样品后的电子束进入投影透镜或物质屏幕； - 投影透镜或物质屏幕将电子束成像，形成TEM 像。
2. TEM的应用TEM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TEM的主要应用之一：2.1 材料科学在材料科学中，TEM能提供原子级别的结构分析和成分分析，具有非常高的分辨率和显微镜级别的放大倍率。
它可以研究材料的晶体结构、晶体缺陷、晶体生长等。
使用TEM可以观察到材料的微观结构，例如材料中的晶粒、晶界、孪晶等。
此外，TEM还可以用于研究纳米材料的合成和性质。
通过透射电子衍射，可以确定材料的晶体结构，并通过高分辨率图像来观察材料的晶格缺陷。
2.2 生物科学在生物科学中，TEM被用于研究生物样品的超微结构，例如细胞器的形态与分布、蛋白质的定位与亚细胞结构。
TEM在生物学研究中扮演着非常重要的角色，特别是在病毒、蛋白质聚集体和细胞器的研究中。
通过TEM，我们能够观察到生物样品中的细节和微观结构，从而深入了解其功能和性质。
2.3 纳米科学在纳米科学中，TEM可以用于研究纳米材料的形貌、尺寸、形成机制等方面。
纳米材料具有特殊的物理和化学性质，通过TEM可以观察纳米颗粒的形态和分布，并研究纳米材料的结构与性质之间的关系。
利用TEM技术，纳米科学家可以设计和制备具有特定结构和性能的纳米材料，以满足不同领域的需求。
3. TEM的发展趋势随着科学技术的不断发展，TEM也在不断改进和发展。
tem工作原理
tem工作原理TEM（Transmission Electron Microscope）是一种高分辨率的电子显微镜，它是通过透射电子来观察材料内部的结构和详细信息的。
TEM的工作原理是基于电子的波粒二象性和电磁透镜的原理。
TEM的工作原理主要包括三个部分：电子源、电子光学系统和探测系统。
TEM需要一个电子源来产生高速的电子束。
常用的电子源有热阴极电子枪和场发射电子枪。
热阴极电子枪利用热电子发射的原理产生电子束，而场发射电子枪则利用电场效应将电子从金属表面抽出并形成电子束。
接下来，电子束通过一系列的电子光学系统进行聚焦和控制。
电子光学系统包括几个关键的部分：电子透镜、电子束限制器和电子束导向系统。
电子透镜主要有一些磁铁做成，通过调节磁场强度和分布来对电子束进行聚焦。
电子束限制器是用来控制电子束的尺寸和形状，通常是通过调节磁铁的磁场来实现。
电子束导向系统则是用来控制电子束的方向，保证它能够准确地照射到样品上。
电子束穿过样品后，进入探测系统进行信号的采集和处理。
探测系统主要包括透射电子探测器、荧光屏和摄像机。
透射电子探测器用于测量电子束透过样品后的强度和能量分布，从而得到样品的透射电子图像。
荧光屏则用于将透射电子图像转换成可见光图像，方便观察和记录。
摄像机则用于将荧光屏上的图像记录下来。
TEM的工作原理基于电子的波粒二象性，即电子既具有粒子的特性又具有波动的特性。
根据德布罗意关系，电子的波长与其动量成反比，因此，具有高能量的电子具有较短的波长，可以实现更高的空间分辨率。
而电子的粒子性则使得TEM可以通过透射电子来观察材料的内部结构，这是光学显微镜所无法达到的。
TEM是一种基于电子的波粒二象性和电磁透镜的原理来实现高分辨率观察的电子显微镜。
通过透射电子来观察材料的内部结构和详细信息，可以得到高分辨率的图像。
TEM在材料科学、生物学、纳米科技等领域发挥着重要的作用，为科学研究和技术发展提供了强有力的工具。
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Aˊ
质厚衬度表达式
令N1为A区样品单位面积参与成像的电子数， N2为B区样品单位面积参与成像的电子数，则A、 B两区的电子衬度G为
02 2t 2 01 1t1 N1 N 2 G 1 exp N A M N1 M 2 1
• 普遍式为:
由球差和衍射所决定的电磁透镜的 分辨本领r对孔径半角α的依赖性
αp=B(λ/Cs)1/4 rib =AC 1/4λ3/4 s
• 透射电镜孔径半角α通常是10-2-10-3rad；目前最 佳的电镜分辨率只能达到0.1nm左右
2.2透射电镜的工作原理和特点
• 透射电镜：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具有高 分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。
将上式展成级数，并略去二级及其以后的 各项，得：
散射截面的大小
当一个电子与一个孤立的核外电子作用时，也发生 类似的偏转，散射角由下式决定： e = e / reU 或 re = e / e U
从而相应的一个核外电子的散射截面为 e = re2 = 2e2/ e2U2 我们定义单个原子的散射截面为 0 = n + Z e
原子核对入射电子的散射是弹性散射，而
透镜分辨率
• 指显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离 • 光学透镜分辨率的公式： 0.61
r0 n sin
式中：λ是照明束波长，α是透镜孔径半角，n 是物方介质 折射率，n·sinα或N· A称为数值孔径。 • 对于光学透镜，当n•sinα做到最大时(n≈1.5，α≈70-75°) r0 2 • 波长是透镜分辨率大小的决定因素。 透镜的分辨本领主要取决于照明束波长λ。半波长是光学显 微镜分辨率的理论极限。若用波长最短的可见光(λ= 390nm )作 照明源，则 r0 ≈200nm 200nm是光学显微镜分辨本领的极限
透射电镜像衬形成原理(一) 质厚衬度
供观察形貌结构的复型样品和非晶态物质样品的衬度是质厚衬度
1.原子核和核外电子对入射电子的散射
经典理论认为散射是入射电 子在靶物质粒子场中受力而发 生偏转。可采用散射截面的模 型处理散射问题，即设想在靶 物质中每一个散射元(一个电子 或原子核)周围有一个面积为σ 的圆盘，圆盘面垂直于入射电 子束，并且每个入射电子射中 一个圆盘就发生偏转而离开原 入射方向；未射中圆盘的电子 则不受影响直接通过。
透射电镜原理详解
引言 - 电子光学基础
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供 了重要的工具。随着科学技术的发展，光学显 微镜因其有限的分辨本领而难以满足许多微观 分析的需求。上世纪30年代后，电子显微镜的 发明将分辨本领提高到纳米量级，同时也将显 微镜的功能由单一的形貌观察扩展到集形貌观 察、晶体结构、成分分析等于一体。人类认识 微观世界的能力从此有了长足的发展。
• 电镜的像差为：球差、像散、色差。其中 球差不可消除且对电镜分辨率影响最显著； 像散可以消除；色差的影响是电压波动和 样品厚度不均
球差
• 球差是因为电磁透镜近轴 区域磁场和远轴区域磁场 对电子束的折射能力不同 而产生的。 • 原来的物点是一个几何 点，由于球差的影响现在 变成了半径为ΔrS的漫散 圆斑。我们用ΔrS表示球 差大小，计算公式为： 1 • rS C s 3 4 Cs：球差系数
透过样品的电子束强度（取决于上
述信息），经过物镜聚焦放大在其像
平面上形成一幅反映这些信息的透射 电子像，经过中间镜和投影镜进一步 放大，在荧光屏上得到三级放大的最 终电子图像，还可将其记录在电子感
光板或胶卷上。
透镜电镜和普通光学显微镜的光路 是相似的。
光学显微镜与透射电镜的比较 比较部分 光学显微镜 透射电镜 光源 可见光 电子源(电子枪) 照明控制 玻璃聚光镜 电子聚光镜 样本 1mm厚的载玻片 200~500nm厚的薄膜 放大成像系统 玻璃透镜 电子透镜 介质 空气和玻璃 高度真空 像的观察 直接用眼 利用荧光屏 聚焦方法 移动透镜 改变线圈电流或电压 200nm 0.2~0.3nm 分辨本领
核外电子对入射电子的散射是非弹性散射。
透射电镜主要是利用前者进行成像，而后者 则构成图像背景，从而降低了图像衬度，对图 像分析不利，可用电子过滤器将其除去。
2.透射电镜小孔径角成像
为了确保透射电镜的分辨 本领，物镜的孔径半角必须 很小，即采用小孔径角成像。 一般是在物镜的背焦平面上 放一称为物镜光阑的小孔径 的光阑来达到这个目的。由 于物镜放大倍数较大，其物 平面接近焦点，若物镜光阑 的直径为D，则物镜孔径半 角α α = D/2f
eZ
散射截面的大小
按Rutherford模型，当入射电子经过原子核附近时， 其受到核电场的库仑力-e2Z/rn2作用而发生偏转，其轨 迹是双曲线型。散射角n的大小取决于入射电子和原 子核的距离 rn： n = eZ / rnU 或 rn = eZ/ nU
电子电荷 原子序数 电子加速电压
而相应的一个孤立原子核的散射截面为 n =πrn2=πe2Z2 / n2U2
mv
单位是nm
h 1.226 2em U U
单位是V
不同加速电压下的电子波波长
• 加速电压U/KV 电子波波长λ/nm 加速电压U/KV 电子波波长λ/nm
20 40 60 80 100
0.00859 0.00601 0.00487 0.00418 0.00371
120 160 200 500 1000
如何提高显微镜的分辨率
• 根据透镜分辨率的公式，要想提高显微镜的分辨率，关键 是降低照明光源的波长。 • 顺着电磁波谱朝短波长方向寻找，紫外光的波长在13390nm之间，比可见光短多了。但是大多数物质都强烈地 吸收紫外光，因此紫外光难以作为照明光源。 • 更短的波长是X射线(0.01~10nm)。但是，迄今为止还没 有找到能使X射线改变方向、发生折射和聚焦成象的物质， 也就是说还没有X射线的透镜存在。因此X射线也不能作为 显微镜的照明光源。 • 除了电磁波谱外，在物质波中，电子波不仅具有短波长， 而且存在使之发生折射聚焦的物质。所以电子波可以作为 照明光源，由此形成电子显微镜。
有效放大倍数 物镜孔径角 景深 焦长 像的记录 103× 约700 较小 较短 照相底板 106× ＜10 较大 较长 照相底板
正是由于 α很小， TEM的 景深和焦 长都很大
• TEM成像系统可以实现两种成像操作：一种是将物 镜的像放大成像，即试样形貌观察；另一种是将物 镜背焦面的衍射花样放大成像，即电子衍射分析。 • TEM成像系统中的物镜是显微镜的核心，它的分辨 率就是显微镜的分辨率。
• 孔径半角α对衍射效应的分辨 率和球差造成的分辨率的影响 是相反的。提高孔径半角α可 以提高分辨率Δrd，但却大大 降低了ΔrS。 1 4 • 最佳孔径半角 p 1.25 C s 1 3 相应的最小分辨率 rib 0.49Cs4 4
该式表达了由球差和衍射 所决定的理论分辨本领。
0.00334 0.00285 0.00251 0.00142 0.00087
电磁透镜
• 电子波和光波不同，不能通过玻璃透镜会 聚成像。但是轴对称的非均匀电场和磁场 则可以让电子束折射，从而产生电子束的 会聚与发散，达到成像的目的 • 控制电子束的运动在电子光学领域中主要 使用电磁透镜装置
电磁透镜
N A 0 dn dt 每单位体积样品的散射面积 n M 单位体积样品中包含的原子个数
厚度为dt的晶体总散射截面
将上式积分，得：
N A 0t N N 0 exp M
式中N0为入射电子总数(即t=0时的n值)，N为最后参 与成像的电子数。
B
A
当其他条件相同 时，像的质量决定 于衬度（像中各部 分的亮度差异）。 现在讨论的这种 差异是由于相邻部 位原子对入射电子 散射能力不同，因 而通过物镜光阑参 与成像的电子数也 不同形成的。
小孔径角成像意味着只 允许样品散射角小于α的散 射电子通过物镜光阑成像， 所有大于α的都被物镜光阑 挡掉，不参与成像。 定义散射角大于α的散 射区为散射截面。显然，若 使αn=αe=α，则表示，凡 落入散射截面以内的入射电 子不参与成像，而只有落在 散射截面以外的才参与成像。
3. 质厚衬度原理
设电子束射到一个原子量为M、原子序数为Z、密 度为ρ和厚度为t的样品上，若入射电子数为n，通过 厚度为dt后不参与成象的电子数为dn，则入射电子散 射率为 单个原子的散射截面
• 球差是像差影响电磁透镜分辨 率的主要因素，它还不能象光 学透镜那样通过凸透镜、凹透 镜的组合设计来补偿或矫正。
பைடு நூலகம்
• 球差系数越大，由球差决定的分 辨本领越差，随着α的增大，分 辨本领也急剧地下降
衍射效应的分辨率和球差造成的分辨率
• 由球差和衍射同时起作用 的电磁透镜的理论分辨率 可以由这两个效应的线性 叠加求得，即 1 3 r rs rd Cs 0.61 4
• 短线圈磁场中的电子运动 显示了电磁透镜聚焦成像 的基本原理。电子运动的 轨迹是一个圆锥螺旋曲线, 最后会聚在轴线上的一点。 • 实际电磁透镜中为了增强 磁感应强度，通常将线圈 置于一个由软磁材料（纯 铁或低碳钢）制成的具有 内环形间隙的壳子里。
电磁透镜的像差及其对 分辨率的影响
• 最佳的光学透镜分辨率是波长的一半。对于电磁透镜来说， 目前还远远没有达到分辨率是波长的一半。以日立H-800透 射电镜为例，其加速电压达是200KV，若分辨率是波长的一 半，那么它的分辨率应该是0.00125nm；实际上H-800透射 电镜的点分辨率是0.45nm，与理论分辨率相差约360倍。 • 透镜的实际分辨本领除了与衍射效应有关以外，还与透镜 的像差有关。 光学透镜，已经可以采用凸透镜和凹透镜的组合等办法 来矫正像差，使之对分辨本领的影响远远小于衍射效应的 影响; 但电子透镜只有会聚透镜，没有发散透镜，所以至今还 没有找到一种能矫正球差的办法。这样，像差对电子透镜 分辨本领的限制就不容忽略了。 • 由于像差的存在，使得电磁透镜的分辨率低于理论值。电 磁透镜的像差包括球差、像散和色差。