透射电子显微镜
透射电子显微镜的特点
透射电子显微镜的特点透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种高分辨率电子显微镜，在物理、化学、生物等领域都有广泛的应用。
透射电子显微镜利用电子的波动特性，利用电子束通过样品，在透射过程中记录样品的电子衍射和散射模式，得到高分辨率的样品图像。
其特点包括：1. 高分辨率透射电子显微镜可实现很高的空间分辨率，通常达到亚纳米级别。
这是由于电子波长比光波短，使得电子束可以穿透样品并记录样品内部结构信息。
因此，需要精密的光学和机械系统来保证样品的正确对准和定位，以及记录每个样品点的细节。
2. 高对比度透射电子显微镜能够提供高对比度的显微图像。
这是由于电子束与样品相互作用时所引起的散射和吸收现象。
正常的显微镜样品会因光线的穿透和散射使其显示模糊，而透射电子显微镜中的电子束经过样品后能够记录下有效的专门信息，使得样品结构更加突出且对比度更高。
3. 高灵敏性透射电子显微镜具有极高的灵敏性，可以检测到样品中非常小的差异，如晶体缺陷、异形和缩影。
这是由于电子束可以穿透材料，记录材料的微观结构和性质，使得其较其他类型的显微镜对于一些难以察看的样品有更好的观测效果。
4. 多样化的应用透射电子显微镜可以应用于多种不同的研究领域，如材料科学、纳米技术、生物学、化学和地学等。
例如，透射电子显微镜可以用于分析材料的晶体结构和组成、比较化学反应和动力学的过程、研究生物分子的结构和功能等等。
总的来说，透射电子显微镜具有高分辨率、高对比度、高灵敏性和多样化的应用特性，可以为科学研究、工业生产和人类健康等领域提供高质量的数据和知识价值。
透射电子显微镜介绍
对于材料研究用的TEM试样大致有三种类型： 经悬浮分散的超细粉末颗粒。 用一定方法减薄的材料薄膜。 用复型方法将材料表面或断口形貌复制下来的复型膜。
对支持膜的要求：
➢ 要有相当好的机械强度，耐高能电子轰击； ➢ 应在高倍下不显示自身组织，本身颗粒度要小，以提高样品分辨率； ➢ 有较好的化学稳定性、导电性和导热性。
二、透射电子显微成像
使用透射电镜观察材料的组织、结构，需具备以下两个前提： 一是制备适合TEM观察的试样，厚度100-200nm，甚至更薄； 二是建立电子图像衬度理论 像衬度是指电子像图上不同区域间光强度的差别。 透射电镜的像衬度来源于样品对入射电子束的散射。可分为：
衍射衬度：晶体薄膜试样显微图像 质厚衬度 ：非晶态试样图像
形貌+结构 空心结构
四、透射电镜得到的信息
晶格条纹+电子衍射
（1）量取两个晶面晶面之间的距离 （2）与标准卡片去比对，选择合适的面
四、透射电镜得到的信息
线扫 Line Scan 面扫 Mapping
EDS元素分析
四、透射电镜得到的信息
总
一般成像 模式
明场像 （BF） 暗场像 （DF）
微观形貌，厚度差异，尺寸大小 取向，分布，结构缺陷
在明场像情况下，原子序数较高或样品较厚的 区域在荧光屏上显示较暗的区域。在暗场像情 况下，与明场像相反。
质量厚度衬度：对于无定形或非晶体试样，电子图像的衬度是由于试样各 部分的密度ρ和厚度t不同形成的，简称质厚衬度。
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：
透射电子显微镜步骤
透射电子显微镜步骤透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种非常重要的科学仪器，用于观察微观尺度下的物质结构。
与光学显微镜相比，透射电子显微镜使用的是电子束而不是光束，通过透射电子的原理来观察样本的巨细无遗的内部结构。
本文将介绍透射电子显微镜的工作原理和具体操作步骤。
一、透射电子显微镜的工作原理透射电子显微镜主要由电子源、电子光学系统（包括透镜和减速电势），样品台、显微镜筒和检测器等组成。
其工作原理基于透射电子的性质，通过像差补偿技术来获得清晰的图像。
首先，电子枪产生高能电子束，通过电子光学系统进行加速和聚焦。
然后，电子束通过样品台，与样品进行相互作用。
在样品内部，电子束受到不同区域的散射和吸收，产生干涉和衍射现象。
最后，通过检测器来记录电子束通过样品后的信号，形成图像。
二、透射电子显微镜的操作步骤1. 样品制备在使用透射电子显微镜之前，首先需要制备样品。
样品制备的过程包括选择合适的样品材料、切割样品成薄片或小块、样品抛光以去除表面粗糙度，并最终制备成适合透射电子显微镜观察的样本。
2. 样品放置将制备好的样品放置在透射电子显微镜的样品台上。
为保持样品的稳定性，通常会采用样品夹具或胶水等固定样品。
3. 外层真空打开透射电子显微镜的真空系统，将内部气体抽取，创造一个接近真空的环境。
这样可以防止电子束与空气中的分子发生散射。
4. 对准样品通过调整透射电子显微镜的调节杆，使电子束对准样品。
这个过程需要耐心和细致的调整，以确保电子束准确地通过样品。
5. 选择合适的倍数和放大率根据需要观察的样品特性，选择合适的倍数和放大率。
透射电子显微镜通常具有多个倍数和放大率可以选择，以满足不同的观察需求。
6. 调整对焦和亮度通过调整透射电子显微镜的对焦调节手轮，使得样品图像清晰可见。
同时，可以通过调节透射电子显微镜的亮度调节手轮，使图像亮度适宜。
7. 记录图像通过透射电子显微镜的检测器记录图像。
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。
《透射电子显微镜》课件
限制照明区域，减小成像的视场，提高成像的分辨率 。
光路调节器
调节光路中的光束方向和大小，确保光束正确投射到 样品上。
成像系统
Hale Waihona Puke 物镜将样品上的图像第一次放 大并投影到中间镜上。
中间镜
将物镜放大的图像进一步 放大并投影到投影镜上。
投影镜
将中间镜放大的图像最终 放大并投影到荧光屏或成
像设备上。
真空系统
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THANKS
透射电子显微镜技术不断改进，分辨率和放大倍数得到显著提 高。
透射电子显微镜技术不断创新，出现了许多新型的透射电子显 微镜，如高分辨透射电子显微镜、冷冻透射电子显微镜等。
透射电子显微镜的应用领域
生物学
观察细胞、蛋白质、核酸等生物大分子的 结构和功能。
医学
研究病毒、细菌、癌症等疾病的发生、发 展和治疗。
真空泵
01
通过抽气作用维持透射电子显微镜内部的高真空状态。
真空阀门
02
控制真空泵的工作时间和进气流量，以保持透射电子显微镜内
部真空度的稳定。
真空检测器
03
监测透射电子显微镜内部的真空度，当真空度不足时提醒操作
人员进行处理。
03
透射电子显微镜的操作与维护
透射电子显微镜的操作步骤
打开电源
确保实验室电源稳定，打开透射电子显微镜 的电源开关。
记录
对透射电子显微镜的使用和维护情况进行 记录，方便日后追踪和管理。
04
透射电子显微镜的样品制备技术
金属样品的制备技术
电解抛光
通过电解抛光液对金属样品进行抛光 ，去除表面杂质和氧化层，使样品表 面光滑、平整。
离子减薄
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。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜的原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察和研究物质的光学仪器。
与光学显微镜相比，透射电子显微镜具有更高的分辨率，能够观察到更小尺寸的物体和更细微的结构。
1.电子源：透射电子显微镜使用热阴极或冷场发射阴极作为电子源。
热阴极通过电子加热产生热电子，冷阴极则利用材料的特殊电子发射特性产生电子束。
2.透镜系统：透射电子显微镜使用一系列电磁透镜来控制和聚焦电子束。
其中包括准直透镜、对焦透镜、物镜透镜和投影透镜。
这些透镜通过调节电流和电压来控制电子束的聚焦和成像。
3.样品台：样品台是支撑和处理样品的平台。
它通常具有位置调节和倾斜功能，以使得样品的成像角度和位置能够被调整。
4.探测器：透射电子显微镜使用不同的探测器来测量透射电子的强度和散射电子的角度。
最常用的探测器是透射电子探测器和散射电子探测器。
5.图像显示系统：透射电子显微镜的图像显示系统通常由CCD摄像机和显示器组成。
CCD摄像机将透射电子的信号转化为电信号，并通过计算机处理后在显示器上显示。
透射电子显微镜的分辨率取决于电子波长。
与可见光相比，电子具有更短的波长，能够给出更高的分辨率。
透射电子的波长约为0.004纳米到0.1纳米，比可见光的波长小3个数量级。
因此，透射电子显微镜能够观察到比光学显微镜更小的物体和更细微的结构。
透射电子显微镜的应用广泛，包括材料科学、生物学、纳米技术等领域。
在材料科学中，透射电子显微镜可以用来观察和研究材料的晶体结构、晶格缺陷以及元素分布等。
在生物学中，透射电子显微镜可以用来观察和研究生物分子的结构和细胞的超微结构。
在纳米技术中，透射电子显微镜可以用来观察和研究纳米材料和纳米器件的性质和性能。
总而言之，透射电子显微镜通过利用电子束来观察和研究物质的原理，具有较高的分辨率和广泛的应用领域。
它在科学研究和工业生产中发挥着重要的作用，为我们提供了深入认识和理解微观世界的工具。
透射电子显微镜法
透射电子显微镜法透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种强大的工具，用于观察和研究各种材料的微观结构和组织。
本文将详细介绍透射电子显微镜法及其在科学研究和工业领域中的应用。
一、透射电子显微镜的原理与构成透射电子显微镜使用电子束而非光线，其原理基于电子的波粒二象性。
电子束通过针尖或者热丝发射出来，并通过电磁透镜系统进行聚焦。
经过样品之后的电子束被投射到荧光屏上，形成样品的投影图像。
透射电子显微镜主要由电子光源、透镜系统、样品台和检测系统等组成。
二、透射电子显微镜法的优势与应用透射电子显微镜法相对于光学显微镜和扫描电子显微镜具有以下优势：1. 高分辨率：透射电子显微镜可以实现亚纳米级的分辨率，使得研究者可以观察到更细微的结构和细节。
2. 高穿透性：透射电子显微镜可以穿透厚度达数百纳米的样品，揭示样品的内部结构和组成。
3. 高细节对比度：透射电子显微镜采用了染色技术，能够增加样品中相对的原子对比度，使得更多细节能够被观察到。
4. 全息电子显微镜：全息透射电子显微镜可以获得样品的三维信息，提供更全面的结构分析。
透射电子显微镜法广泛应用于材料科学、化学和生物学等领域。
以下是它的几个主要应用：1. 纳米材料研究：透射电子显微镜可以观察和分析纳米材料的形貌、晶体结构和缺陷等特征，对材料的性能研究具有重要意义。
2. 生物样品研究：透射电子显微镜可用于生物样品的观察和分析，例如观察细胞的内部结构和细节，研究生物分子的组装和功能等。
3. 界面和界面研究：透射电子显微镜可以揭示材料界面和界面的形貌、晶体结构以及化学成分等，对材料性能和反应机制的理解至关重要。
4. 材料缺陷和晶体缺陷研究：透射电子显微镜可以观察和分析材料和晶体的缺陷，例如位错、孪晶、晶格畸变等，从而提供改善材料性能的指导。
总结：透射电子显微镜法是一种重要的研究工具，它具有高分辨率、高穿透性、高细节对比度等优势。
透射电子显微镜
其中，h表示普朗克常数，m0表示电子的静质量，E是加速后电子的能量。电子显微镜中的电子通常通过电子 热发射过程从钨灯丝上射出，或者采用场电子发射方式得到。随后电子通过电势差进行加速，并通过静电场与电 磁透镜聚焦在样品上。透射出的电子束包含有电子强度、相位、以及周期性的信息，这些信息将被用于成像。
基本的TEM光学元件布局图。从上至下，TEM包含有一个可能由钨丝制成也可能由六硼化镧制成的电子发射源。 对于钨丝，灯丝的形状可能是别针形也可能是小的钉形。而六硼化镧使用了很小的一块单晶。通过将电子枪与高 达10万伏-30万伏的高电压源相连，在电流足够大的时候，电子枪将会通过热电子发射或者场电子发射机制将电 子发射入真空。该过程通常会使用栅极来加速电子产生。一旦产生电子，TEM上边的透镜要求电子束形成需要的 大小射在需要的位置，以和样品发生作用。
电子能量损失光谱仪通常在光谱模式和图像模式上操作，这样就可以隔离或者排除特定的散射电子束。由于 在许多图像中，非弹性散射电子束包含了许多操作者不关心的信息，从而降低了有用信息的可观测性。这样，电 子能量损失光谱学技术可以通过排除不需要的电子束有效提高亮场观测图像与暗场观测图像的对比度。
晶体结构可以通过高分辨率透射电子显微镜来研究，这种技术也被称为相衬显微技术。当使用场发射电子源 的时候，观测图像通过由电子与样品相互作用导致的电子波相位的差别重构得出。然而由于图像还依赖于射在屏 幕上的电子的数量，对相衬图像的识别更加复杂。然而，这种成像方法的优势在于可以提供有关样品的更多信息。
透射电子显微镜 原理
透射电子显微镜原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, 简称TEM）是一种利用电子束传递样品来获得细微结构的高分辨率显微镜。
它的原理是通过在真空中加速电子，将电子束通过光学透镜系统聚焦到样品上，并通过样品的透射情况来形成图像。
TEM的关键组件包括电子源、电子透镜系统、样品台、探测器和成像系统。
电子源产生的电子束经过一系列透镜系统（包括准直透镜、磁场透镜、投影透镜等），被聚焦到样品上。
样品位于一个特殊的样品台上，可以微调样品的位置和角度。
透射电子束通过样品后，部分电子被散射、散射和吸收。
散射电子和透射电子被探测器捕捉，并转化为电信号。
TEM的成像原理基于透射电子束与样品交互作用的差异。
样品内不同的区域对电子束有不同的散射、吸收和透射能力，导致不同的强度对比。
探测器会测量透射电子的能量和强度变化，并将其转换为光学图像。
最终，通过调节透射电子束的聚焦和探测参数，可以得到具有高分辨率的样品图像。
TEM具有极高的分辨率和能够观察样品内部结构的能力。
与光学显微镜相比，TEM利用电子束的波长远小于光的波长，可以克服光学显微镜的衍射极限。
因此，TEM可以观察更小的结构和更高的放大倍数。
此外，TEM还可以通过选定区域电子衍射（Selected Area Electron Diffraction, SAED）技术来研究晶体的晶格结构和材料的晶体学性质。
综上所述，透射电子显微镜通过控制电子束的聚焦和探测参数，利用透射电子与样品相互作用的差异，获得高分辨率的样品图像。
它是研究材料科学和纳米技术的重要工具。
透射电镜(TEM)
应用及特点
一：应用：透射电子显微镜在材料科学、生物学上应用较多。由于电子易散射或被物 体吸收，故穿透力低，样品的密度、厚度等都会影响到最后的成像质量，必须制备更 薄的超薄切片，通常为50～100nm。所以用透射电子显微镜观察时的样品需要处理得 很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷冻超薄切片法、冷冻蚀刻法、冷冻断裂法等。 对于液体样品，通常是挂预处理过的铜网上进行观察。图为超薄切片的制备
显微镜原理对比图
应用举例
1.元素分布分析 利用微束技术对在光学显微镜下所选区域进行扫描分析，可 获得元素的分布图（线分布、面分布、深度分布和断层）， 来比较研究元素的区域（或相）分布特征。这类分析称为元 素分布分析。
合金元素在γ和γ’中的分布
应用举例
2.微观形貌观察
镍基高温合金蠕变后的位错形貌
应用举例
JEM2010－透射电子显微镜
原理
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， 从而使衍射钵的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。 3.相位像：当样品薄至100A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。
TEM组件
电子枪：发射电子，由阴极、栅极、阳极
组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔 形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜， 起到对电子束加速、加压的作用。 聚光镜：将电子束聚集，可用于控制照明强 度和孔径角。 样品室：放置待观察的样品，并装有倾转 台，用以改变试样的角度，还有装配加热、 冷却等设备。 物镜：为放大率很高的短距透镜，作用是 放大电子像。物镜是决定透射电子显微镜分 辨能力和成像质量的关键。 中间镜：为可变倍的弱透镜，作用是对电 子像进行二次放大。通过调节中间镜的电流， 可选择物体的像或电子衍射图来进行放大。 透射镜：为高倍的强透镜，用来放大中间 像后在荧光屏上成像。 此外还有二级真空 泵来对样品室抽真空、照相装置用以记录影 像
电子显微镜
分散聚四氟乙烯粉粒的超薄切片像
③ 蚀刻
蚀刻的目的是除去一部分结构，从而可以突出需 要的结构。蚀刻方法主要有三种：溶剂蚀刻、酸 蚀刻和等离子蚀刻。溶剂蚀刻是靠溶剂的溶解除 去易溶性分子；酸蚀刻是用强酸选择性氧化某一 相，使高分子断裂为碎片而被除去；等离子或离 子蚀刻是用等离子或离子带电体攻击聚合物表面， 除去表面的原子或分子，由于除去速度的差异而 产生相之间的反差。
（1）电子束与固体样品相互作用时产生的信号 具有高能量的入射电子束与固体样品表面的原子
核及核外电子发生作用，产生如下物理信号。
入射电子束轰击样品产生的信息
① 背散射电子（backscattering electron)— 背散射电子是指被固体样品中的原子核或 核外电子反弹回来的一部分入射电子。
③ 吸收电子(absorption electron)—入射电子进入 样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽，最后 被样品吸收。
④ 透射电子(transmission electron)—如样品足够薄， 则会有一部分入射电子穿过样品而成透射电子。
⑤ 俄歇电子(Auger electron)—如果原子内层电子 在能级跃迁过程中释放出来的能量ΔE并不以X射线 的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层的另 一个电子发射出去（或空位层的外层电子发射出 去），这一个被电离的电子称为俄歇电子。 每种原子都有自己的特定壳层能量，所以它们 的俄歇电子能量也各有特征值。
② 二次电子(secondary electron)—在入射电 子作用下被轰击出来并离开样品表面的样 品原子的核外电子。它是一种真空自由电 子 。 由于原子核和外层价电子间的结合能 很小，因此，外层的电子较容易和原子脱 离，使原子电离。
透射电子显微镜镜操作指南
透射电子显微镜镜操作指南一、准备工作1. 检查透射电子显微镜的状态：确保透射电子显微镜处于正常工作状态，没有故障和损坏。
2. 清洁透射电子显微镜：使用干净的布和乙醇擦拭透射电子显微镜的表面，确保镜片干净无尘。
3. 准备样品：处理样品前需确保其干净、干燥和光滑，以获得最佳的成像效果。
二、打开透射电子显微镜1. 打开电源：透射电子显微镜的电源开关通常在显微镜底部或侧边，打开后等待一段时间，直到系统完全启动。
2. 打开显微镜软件：通过计算机启动透射电子显微镜的控制软件，等待一段时间直到软件完全加载。
三、设置透射电子显微镜参数1. 选择透射电子显微镜模式：根据需要选择透射电子显微镜的模式，比如高分辨率模式或低倍率模式。
2. 调整加速电压和亮度：根据样品的性质和成像需求设置合适的加速电压和亮度。
3. 设置对焦：使用透射电子显微镜的对焦功能调整样品和透射电子束的对焦，以获得清晰的成像效果。
四、加载样品1. 使用样品夹或样品台将样品固定在透射电子显微镜的透射电子束中，确保样品与透射电子束保持适当的距离。
2. 调整样品位置：使用透射电子显微镜的样品位置调节功能，确保样品处于最佳成像位置。
五、进行成像1. 启动透射电子束：通过控制软件启动透射电子束，观察样品的成像效果。
2. 调整对比度和焦距：根据需要调整透射电子显微镜的对比度和焦距，以获得清晰的成像效果。
3. 获取图像：在透射电子显微镜的控制软件中拍摄图像，并保存到计算机中进行后续分析和处理。
六、关闭透射电子显微镜1. 关闭透射电子束：停止透射电子束，避免对样品造成损坏。
2. 关闭透射电子显微镜：依次关闭透射电子显微镜的电源和控制软件，确保透射电子显微镜处于关闭状态。
透射电子显微镜是一种高精度的显微镜，需要慎重操作。
在使用透射电子显微镜时，应严格按照操作指南进行操作，以确保成像效果和样品安全。
希望以上操作指南对您有所帮助，祝您使用透射电子显微镜顺利！。
透射显微镜的工作原理
透射显微镜的工作原理
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是
一种利用电子束传递来对样品进行观察和分析的仪器。
它在细胞生物学、材料科学等领域发挥着重要作用。
透射电子显微镜的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 电子源产生电子束：透射电子显微镜使用一个电子枪产生高速的电子束。
电子束首先通过专门设计的系统进行聚焦和收束，以保证电子束的直径足够小。
2. 束缚电子（束缚脱电子）：电子束通过束流进样品。
所谓束缚电子指的是样品原子中的电子在电子束的作用下被激发到较高能级，这样使得它们遵循一定的路径发射出来，形成散射电子和被束囚电子。
这些束缚电子会以不同的角度散射出电子束。
3. 透射电子的形成：束囚电子的路径会受到样品物质的阻碍而改变方向，其中一部分束囚电子将经过样品而形成透射电子。
透射电子在通过样品时会和样品的原子、分子以及晶体结构发生相互作用。
4. 透射电子的收集和分析：透射电子进入显微镜的透射电子探测器，探测器会将透射电子转化为电荷信号，并将信号传递给显示屏或电子学器件。
然后根据散射模式和信号的强度，可以确定样品的结构、形态和成分。
通过透射电子显微镜，我们可以观察到极小的事物，像原子和分子，因为电子的波长比光的波长小得多。
在透射电子显微镜
中，细致的样品制备、高真空环境以及精密的光学系统都是保证获得高分辨率和清晰图像的关键。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜是一种利用电子束代替可见光进行成像的显微镜。
其原理基于电子的波粒二象性及电子与物质中原子的相互作用。
透射电子显微镜的工作原理可以简要分为以下几个步骤：
1. 电子源产生电子束：透射电子显微镜中通常使用热阴极或冷阴极发射电子，通过加速电场使电子获得足够的动能，形成电子束。
2. 电子束的集束：经过加速后，电子束通过一系列的电磁透镜，如准直孔光阑、聚焦透镜等，来进行集束，使电子束尽可能的细致聚焦。
3. 电子束与样品的相互作用：电子束进入样品后，会与样品中的原子发生相互作用。
电子束与样品中的原子核和电子云之间相互散射，发生透射、散射、吸收等过程。
4. 透射电子的形成：部分电子束透过样品，形成透射电子。
透射电子的强度和分布情况受样品的厚度、结构以及样品内部的原子数密度等因素的影响。
5. 透射电子的探测与成像：透射电子通过射出样品的透射电子探测器进行探测，并转换成电信号。
利用这些信号，通过电子透射的强度和分布，可以形成对样品内部结构的显微图像。
透射电子显微镜相较于光学显微镜具有更高的分辨率，因为电子的波长比光的波长要短得多。
透射电子显微镜广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域的研究中，可以观察并研究到原子尺度的结构和细节。
透射电子显微镜原理
透射电子显微镜原理
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）
是利用电子束取代光束进行观察和研究物质微观结构的高分辨率显微镜。
透射电子显微镜的原理基于电子的波粒二象性。
电子具有很短的波长，远小于可见光的波长，因此可以获得更高的分辨率。
透射电子显微镜利用聚焦和成像系统将电子束聚焦到样品上，并通过样品传输的电子束进行观察。
首先，电子枪产生高能电子束，经过一系列的透镜系统，使电子束变得较为平行和聚焦。
然后，电子束直接照射在样品上。
样品是非晶态薄片或超薄金属晶片，电子束在样品中透射、发生散射或被吸收。
透射的电子被投射到一个投影和透镜系统中。
透射电子显微镜中的投影和透镜系统主要包括两个关键元素：物镜和目镜。
物镜具有较高的放大倍数，将透射的电子束转换为放大的显微图像。
目镜则进一步放大物镜所得到的显微图像，使其可以被人眼观察。
通过调整投影和透镜系统的电位差，可以控制电子束的聚焦、放大和成像效果。
同时，样品本身的性质也会影响到电子束的透射和散射行为，进而影响到显微图像的质量。
透射电子显微镜可以提供非常高的分辨率，在纳米尺度下观察和研究物质的微观结构。
它广泛应用于材料科学、生物学、纳
米技术等领域，在研究和开发新材料、探索生物分子结构以及研究纳米尺度现象方面发挥着重要作用。
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二是建立相应的能够阐明各种电子像的衬度 理论。
制备符合电镜观测试样的制备方式有：复配 型、电解双喷、离子减薄等。
（一）复型样品的制备
复型即样品表面的复制，其复制出来的样品 是真实样品的表面形貌、组织结构细节的薄膜复 制品。
制备复型所用的材料应具备以下条件： （1）无结构非晶态材料。这样可以避免因晶 体衍射产生的衬度干扰复型表面形貌的分析。 （2）复型材料的离子尺寸必须很小。离子 越小分辨率就越高碳复型的分辨率可达2nm,塑料
聚光镜有第一聚光镜和第二聚光镜，第一聚 光镜是使电子束斑缩小，第二聚光镜使束斑放大， 以增大焦距，设置样品，如下图所示。
双聚光镜照明系统光路 图
C1通常保持不变，其作 用是将电子枪的交叉点成 一缩小的像，使其尺度缩 小一个数量级以上。
照明电子束的束斑尺寸 及相干性的调整是通过改 变C2的激磁电流和C2的光阑 孔径实现的。
Philips CM12 透射电子显微镜是20世纪80年 代荷兰飞利浦公司推出的产品，它的晶格分辨率 为2.04，点分辨率为3.4nm,由微机控制。能进行 衍射衬度分析、电子衍射、会聚电子束衍射、生 物样品的冷冻电子显微镜分析。
Philips CM200-FEG场发射枪透射电子显微镜 是20世纪90年代的产品，晶格分辨率为0.14nm,点 分辨率为0.24nm,加速电压约200kV，可以连续设 置加速电压。能在纳米尺度上进行微分析，具有 电子束亮度高，束斑尺寸小、相干性好等特点。
TEM
电子光学系统（镜筒）
供电系统
真空系统
照明部分
成像放大部分
显像部分
电子枪：TEM电子 源
物镜、中间镜、投影 镜
荧光屏和照相装置
聚光镜
（1）电子光学系统
电子光学系统的组成：照明部分、成像放大 部分、显像部分。其中照明部分主要由电子枪、 聚光镜组成，其作用主要是提供一束高亮度、小 孔角、相干性好、束流稳定的照明源。
塑料——碳二级复型制作过称
（1）在试样表面滴一滴丙酮，将A.C.纸（醋酸纤维 素薄膜）覆盖其上，适当按压形成不夹气泡的 一级复型，如图（a）所示。
（2）用灯光烘干一级复型后，小心将其剥离，并将 复制面向上平整固定在玻璃片上,如图（b）所 示。
（3）将固定好复型的玻璃片连同白瓷片置于真空镀 膜室中，先以倾斜方向“投影”重金属，再以 垂直方向喷碳，以制备由塑料和碳膜构成的 “复合复型”，如图（c）所示。碳膜厚度以白 色瓷片表面变为浅棕色为宜。
（2）中间镜是一个弱激磁、长焦距、可变放大倍数 的弱磁透镜，其放大倍数0～20倍。
（3）投影镜是一个短焦距、高放大倍数的强磁透镜， 其作用是把中间镜放大或缩小的像进一步放大， 并投射到荧光屏上。其景深和焦长都很大，改变 中间镜的放大倍数不影响图像清晰度。
三级成像系统成像光路示意图
从上图可知，物镜和中间镜、投影镜构成三 级成像系统，电子束通过样品后进入物镜，在其 像面上形成第一个电子像。物镜的像面是中间镜 的物面，中间镜将物镜的像放大，成像在中间镜 的物面上。同理，中间镜的像面是投影镜的物面， 投影镜将中间镜的像放大，成像在投影镜的像面， 即荧光屏上形成的最终成像。最终放大倍数是这 三个透镜的放大倍数的乘积，即：
开的碳膜在丙酮或酒精 中清洗后便可置于铜网 上放入电镜观察，如右 图所示。化学分离时， 最常用的溶液时氢氟酸 双氧水溶液。碳膜剥离 后必须清洗，然后才能 进行观察分析。
碳一级复型示意图
2.塑料——碳二级复型
塑料——碳二级复型是无机非金属材料 形貌与断口观察中最常用的一种制样方法。 塑料——碳二级复型的制作过程分为以下 几个步骤：
①高压电源；
②阴极灯丝加热电源；
供电 系统
③电磁透镜电流电源；
④真空系统电源；
⑤辅助电源（自动控制开关、指示灯、照
明等）。
电镜供电系统最大的特点就是高度稳定性， 在电路中采用可靠的稳压和稳流线路。
三 透射电子显微镜样品的制备
透射电子显微镜的出现极大地促进了材料科 学的发展，但是应用透射电子显微镜对材料的组 织、结构进行深入研究需要两个前提：
物镜的任何缺陷都会被系统中其它部分放大，
所以透射电子显微镜的好坏，很到程度上 取决于 物镜的好坏。物镜的高分辨率·依靠低像差，一般 采用强激磁、短焦距（1.5～3nm）的物镜，此外 还借助于物镜光阑和消像器进一步降低球差、消 除像散，提高分辨能力。为了提高物镜的分辨能 力，减少物镜的球差和提高像的衬度，常在物镜 的极靴 进口表面分别放置一个物镜光栅（防止物 镜污染）和一个衬度光阑（提高衬度）。
M最终=M物镜×M中×M投 一般情况下：M物=100倍 M中=0 ～20倍 M投=100倍
（3）像的观察和记录系统
投影镜下面是观察室，内有一个荧光屏，在 电子束的攻击下产生荧光。操作者通过镜筒上的 窗口便可观察到荧光屏上的电子图像。在观察窗 底板，将 荧光屏竖起即可曝光。
电子枪的电源为热电子源和场发射源，如下 图所示。
热电子枪和场发射源示意图
场发射电子枪及原理示意图
由于电子显微镜要求近百万倍的放大倍数， 这就要求电子束的强度高、直径小、相干性好。
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，逐渐变粗，射到试样上 仍然过大。
聚光镜起会聚电子束，调节照明强度、孔径 角和束斑大小的作用。
（二）真空系统
为了保证入射电子束在整个孔道中只与试样 放生相互作用，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地板盒都必须置于 真空系统之内，一般真空度为1.33×10-2～ 1.33×10-5Pa。真空系统就是用来把镜筒内的空 气抽走，以达到电子显微镜安全工作的真空度。
（三）供电系统
(1)胶粉混合法：在干净玻璃上滴火棉胶溶液， 在胶液上放少许粉末并搅匀，再用另一块玻璃对 研后突然抽开，膜干后划成小方块，在水面上下 空插，膜片逐渐脱落，用铜网捞出待用。
(2)支持膜分散粉末法：将火棉胶或碳膜放在 铜网上，再将粉末均匀地分布在膜上送入电镜观 察。
超细陶瓷粉末的透射电镜照片如图所示。
超细陶瓷粉末的透射电镜照片
透射电镜和光学显微镜的光路是十分相似的：
透射电镜： 电子源
磁聚光 镜
磁物镜
磁透射 影镜
荧光屏 底片
光学显微镜：光源
聚光镜
物镜
投影镜
视屏底 片
透射显微镜 和光路显微 镜构造原理
b) 透射光学显 微镜
a) 透射电子显微镜
2.2 透射电子显微镜的构造
透射电子显微镜（TEM）是一种具有原子尺度 分辨能力，能同时提供物理分析和化学分析所需 全部功能的仪器。
目录
一、透射电子显微镜的发展 二、透射电子显微镜的工作原理与构造 三、透射电子显微镜样品的制备 四、透射电子显微镜在材料研究中的应用
一 透射电子显微镜的发展
1932～1933年，鲁卡斯（Ruska）等在研究高压 阴极射线示波管的基础上研制成了一台透射电子 显微镜（TME）。
1940年第一批商品电子显微镜问世，使用电子 显微镜进入使用阶段。
对于金属样品，可采用直接制备法。具体步骤如 下：
（1）初减薄。初减薄用来制备厚度约为 100~200µm的薄片，其制作过程为：
① 延性金属采用电火花或线切割法，亦可轧薄 再退火。
② 脆性材料用刀片沿理解面解理。
③ 薄片不与解理面平行可用金刚锯。
（2）圆片切取。如果材料的塑性较好且 机械损伤的要求不严格，可采用特制的小 型冲床从薄片上直接取φ3mm的圆片。对于 脆性材料可以采用点火花切割、超声波钻 和研磨钻。
（2）成像放大系统
成像放大系统由物镜、一两个中间镜和一两 个投射镜组成。
（1）物镜是电子显微镜中最关键的部分。其 作用是将来自不同点不同方向同相位的弹性散射 束会聚于后焦面上，构成含有试样结构信息的散 射花样货衍射花样；将来自同一点不同方向的弹 性散射束会聚于像平面上，构成与试样组织相应 的显微像。
目前，世界上主流大型电子显微镜，分辨本 领为2～ 3Å，电压为100～500kV,放大倍数为50～ 1.2×106倍。下面几个图片为不同时期比较有代 表性的透射电子显微镜示意图。
H-700 透射电子显微镜 Philips CM12 透射电子显微镜
Philips CM200-FEG 场发射 Tecnai F20-twin 场发射
3．萃取复型
制作方法类似于碳一复型，是在使复型膜与 样品表面分离时，将样品表面欲分析的颗粒相抽 取下来并黏附在复型膜上。萃取复型既复制了试 样表面的形貌，同时又把第二相粒子黏附下来保 持原来的分布状态，如图所示。
萃取复型示意图
(二) 直接样品的制备
对于粉末样品，常见的制备方法有两种：胶 粉混合法、支持膜分散粉末法。
TEM以聚焦电子束为照明源，以透射电子为 成像信号。
透射电子显微镜主要是由电子光学系统、 真空系统和供电系统三大部分组成。
下面两个图分别为透射电子显微镜及其镜 体剖面示意图。
透射电子显微镜
透射电子显微镜镜体 剖面示意图
TEM的工作原理：
电子枪产生的电子束经1～2级聚光镜后照射 到试样上的某一带观察微小区域上，入射电子与 试样物质相互作用，由于试样很薄，绝大部分电 子能穿透试样，其强度分布与所观察试样区的形 貌、组织、结构意义一一对应。透射出的电子经 过放大后透射到荧光屏上，于是荧光屏上就显示 出与试样形貌、组织、结构对应的图像。
塑料复型膜制作简便，不破坏样品表面，
但是衬度差，容易被电子束烧蚀和分解， 且因粒子大于碳，其分辨率较低。在复型 前，样品表面必须充分清洗，否则会使复 型的图像失真。
2）碳一级复型
直接把表面清洁的金相样品放入真空镀膜装 置中，在垂直方向上在试样表面蒸镀一层厚度为 数十纳米的碳膜。蒸发沉积层的厚度可用放在金 相样品旁边的乳白瓷片的颜色变化来估计。在瓷 片上事先滴一滴油，喷碳时油滴部分的瓷片不沉 积，碳基本保持本色，其他部分随着碳膜变厚渐 渐变成浅棕色和深棕色。一般情况下，瓷片呈浅 棕色时，碳膜的厚度正好符合要求。把喷有碳膜 的样品用小刀划成对角线小于3mm的小方块，放 入配置好的分离液内进行电解或化学分离，电离 分解时，样品做阳极，不锈钢平板做阴极。分离