透射电子显微镜成象原理
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。
透射电子显微镜的成像原理
Fig. 1. (a) Selected area 140 nm diameter of image containing single S phase particle; (b) SAED pattern from the selected area; (c) fast Fourier transform of the image intensity in (d), the HRTEM image of the embedded particle in (a); (e) microdiffraction pattern of the precipitate and surrounding matrix.
运动学近似
完整晶体衍射强度
将薄晶体分成许多小的晶柱，晶 柱平行于Z方向。每个晶柱内都含 有一列元胞。
假设每个晶柱内电子衍射波不进 入其他晶柱，这样只要把每个晶 柱中的各个单胞的衍射波的和波 求出，则和波振幅的平方即为晶 柱下面P点衍射波强度。
各个晶柱下表面衍射波强度的差 异则构成衍衬度像源
完整晶体运动学柱体近似
Rn' Rn R
缺陷晶体衍射波合波的振幅为
F e2iKRn
K g s Rn' Rn R
完整晶体的衍 射强度公式
缺陷晶体衍射波合成振幅为
F e e 2isz 2igR
a 2 g R
是研究缺陷衬度的一个非常重要的参数
a 0, 表示g R
2 isz zn
g
n
n
写成积分形式
g
F
t e2isz z dz
0
ID
F2
sin2 szt sin2 sz
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物质微观结构的工具。
相对于光学显微镜，TEM可以提供更高的分辨率和更大的放大倍数，因此在研究纳米尺度物体和物质的晶体结构等方面具有独特的优势。
下面将介绍TEM的原理以及工作过程。
TEM的主要组成部分包括电子源、电子光学系统、样品台以及探测器。
第一部分是电子源。
TEM使用的是热阴极电子源，通过加热材料产生的电子可以使它们跨越电子能障形成电子束。
电子束的形成需要经过一系列的加速器和准直透镜等装置，以确保电子束稳定的强度和方向。
第二部分是电子光学系统。
TEM的电子光学系统由一个或多个透镜组成，包括准直透镜、磁透镜和目标透镜。
准直透镜用于平行化电子束，磁透镜用于对电子束进行聚焦，目标透镜用于调整电子束的焦距。
这些透镜的组合可以将电子束聚焦到非常小的尺寸上，从而实现高分辨率的成像。
第三部分是样品台。
样品台是放置待观察样品的平台，可以通过控制样品的位置、倾斜角度等参数来调节观察角度和焦距。
第四部分是探测器。
探测器是接收和记录电子束穿过样品时所发生的相互作用的装置，常用的探测器包括像差探测器（Diffraction Contrast Detector）和投影光学探测器（Projection Optics Detector）。
像差探测器可以测量样品中的晶体缺陷和晶体结构，而投影光学探测器可以获得样品的原子分布图像。
TEM的工作过程如下：首先，样品被制成非常薄的切片，并被放置在样品台上。
然后，电子束由电子源发出，并通过光学系统的透镜进行聚焦。
接下来，聚焦的电子束穿过样品，并与样品中的原子和分子发生相互作用。
这种相互作用包括电子-电子相互作用、电子-晶格相互作用和电子-原子核相互作用。
然后，电子束到达探测器，根据不同的探测器可以得到不同的信息。
像差探测器可以根据电子束的衍射来获得样品中的晶体结构信息，而投影光学探测器则可以获得样品的原子分布图像。
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透射电子显微镜的成像原理
TEM透射电子显微镜的成像原理TEM（Transmission Electron Microscopy）是一种高分辨率的显微镜技术，主要用于研究材料的微观结构和组织。
TEM利用电子束而非光束，可以实现比光学显微镜更高的分辨率，能够观察到纳米级别的细节。
其成像原理可以分为电子光学原理和电子-物质相互作用原理两个方面。
首先，电子光学原理是TEM成像的基础。
TEM的光学系统由一个电子源、一系列透镜、标本和一个像屏组成。
电子源通常采用热阴极的方式，通过加热金属丝使其发射电子。
这些电子经过一系列透镜的聚焦作用，形成一个细束，并进入样品。
对于TEM而言，最重要的透镜是电磁透镜，通常是通过一对线圈产生的。
电磁透镜中的电磁场可以对电子束进行聚焦和对准，以便在样品上形成清晰的像。
透镜的设计和设置可以调整其聚焦能力和调制电子束的波前。
透射电子显微镜通常具有两个凸透镜，分别称为物镜和目镜。
物镜透镜在样品和像屏之间，起到聚焦电子束和收集被样品散射的电子的作用。
目镜透镜位于像屏和观察者之间，用于观察和放大图像。
其次，电子-物质相互作用原理也是TEM成像的重要部分。
透射电子在穿过样品时会与样品中原子的电子发生相互作用，这种相互作用会导致电子的散射和吸收。
根据散射和吸收的强弱，我们可以获得关于样品内部结构和组织的信息。
散射现象包括弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指电子与原子的表面电子或晶格电子发生碰撞而改变方向，但能量基本保持不变。
非弹性散射是指电子在与样品中的原子碰撞时损失或获得能量。
这些散射电子通过透镜被聚焦到像屏上，呈现出所观察到的图像。
通过分析散射电子的强度和角度，我们可以推断出样品中的晶体结构、物质的化学成分和其它细节。
吸收现象是指电子在穿过样品时被材料中的原子吸收。
这种吸收现象通常被用来确定材料的厚度和密度。
因此，TEM利用电子束与样品相互作用的方式，可以获得关于样品结构和组织的信息。
通过聚焦和收集散射电子，形成清晰的图像，进而研究材料的微观特性。
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。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜的原理一、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，从而使衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。
3、相位像：当样品薄至100Å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。
二、扫描电子显微镜成像原理扫描电子显微镜通过用聚焦电子束扫描样品的表面来产生样品表面的图像。
电子与样品中的原子相互作用，产生包含关于样品的表面测绘学形貌和组成的信息的各种信号。
电子束通常以光栅扫描图案扫描，并且光束的位置与检测到的信号组合以产生图像。
扫描电子显微镜可以实现分辨率优于1纳米。
样品可以在高真空，低真空，湿条件（用环境扫描电子显微镜）以及宽范围的低温或高温下观察到。
最常见的扫描电子显微镜模式是检测由电子束激发的原子发射的二次电子。
可以检测的二次电子的数量，取决于样品测绘学形貌，以及取决于其他因素。
通过扫描样品并使用特殊检测器收集被发射的二次电子，创建了显示表面的形貌的图像。
它还可能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，鉴定样品的表面结构。
扩展资料：在使用透视电子显微镜观察生物样品前样品必须被预先处理。
随不同研究要求的需要科学家使用不同的处理方法。
1、固定：为了尽量保存样本的原样使用戊二醛来硬化样本和使用锇酸来染色脂肪。
2、冷固定：将样本放在液态的乙烷中速冻，这样水不会结晶，而形成非晶体的冰。
这样保存的样品损坏比较小，但图像的对比度非常低。
3、脱干：使用乙醇和丙酮来取代水。
4、垫入：样本被垫入后可以分割。
5、分割：将样本使用金刚石刃切成薄片。
透射电子显微镜的成像原理
SAD pattern corresponding to (OR1). The rectangle corresponds to the range of (b).
位错衍衬像
Dislocations in Ni-base superalloy
The micrograph shows the dislocation structure following creep, with dislocations looping around the particles
在完整晶体中引入缺陷的普遍效应，是使原 来规则排列的周期点阵受到破坏，点阵发生了短 程或长程畸变。
四、不完整晶体中衍衬像运动学理论
处理畸变晶体方法：
1、把畸变晶体看成是局部倒易点阵矢量、或局部晶面间
距发生变化： g g g
2、把畸变晶体看成是完整晶体的晶胞位置矢量发生变化，
位置矢量由理想晶体
（s=常数，t变化）
等厚条纹
（s=常数，t变化）
试样斜面和锥形孔产生等厚条纹示意图
等厚条纹
（s=常数，t变化）
等厚条纹
（s=常数，t变化）
等倾干涉
（ t =常数， s 变化）
四、不完整晶体中衍衬像运动学理论
1、不完整晶体衍射强度公式
所谓不完成晶体是指在完整晶体中引入诸如位 错、层错、空位集聚引起的点阵崩塌、第二相和 晶粒边界等缺陷。
位错运动的动态电子显微镜观察
左：具有最大衬度的刃位错像 g∥b 右：位错衬度趋于零 g⊥b
多相合金的衍射和衬度效应
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。
电子显微镜的成像原理及应用
电子显微镜的成像原理及应用引言电子显微镜是研究微观世界的一种重要工具。
电子显微镜利用高速电子束与物质相互作用的原理进行成像，具有高分辨率、大深度、高增强等特点。
电子显微镜已经广泛应用于物理、化学、材料科学、生物学等领域，成为科研中不可或缺的重要仪器之一。
本文将从电子显微镜的成像原理和应用两个方面来进行探讨。
电子显微镜的成像原理电子显微镜的成像原理是利用电子与物质相互作用的本质进行成像。
根据电子束的物理性质，电子显微镜可以分为透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）两种类型。
1.TEM的成像原理透射电子显微镜的成像原理是利用电子在物质中透过和散射的规律进行成像。
电子束照射样品后，会发生透射、散射、反射等现象。
其中，透射电子被样品中原子核和电子云所散射，使被散射电子的方向和传播速率发生变化，形成交叉散射和多次散射。
在透射电子显微镜中，电子束经过样品后，被成像系统所收集，得到的是强度分布图。
通过对强度分布图的分析，我们可以还原得到样品的组成、结构、缺陷和微观形貌等信息。
2.SEM的成像原理扫描电子显微镜的成像原理是利用不同材料对电子的不同散射特性成像。
扫描电子显微镜中，电子束由电子枪发射，经过电子透镜系统加速并聚焦成为很小的电子束，然后，电子束通过样品表面，与样品相互作用，产生了二次电子、退火电子、背散射电子等电离粒子，这些电离粒子产生的信号经过检测和预处理后可形成像。
通过Si(Li)和NaI(TI)等探测器的辐射测量，我们可以将这些像转化为电信号，进而进行成像。
电子显微镜的应用电子显微镜在研究微观世界、分析材料的结构、形貌和性质方面已经得到广泛应用。
1.材料科学领域的应用电子显微镜在材料科学领域的应用有很多。
通过电子显微镜的成像技术，我们可以了解材料的孔洞结构、晶格结构、的缺陷、组成、性质等方面的信息。
同时，电子显微镜还可以研究材料的晶体生长、相变、热力学性质等方面的行为，为制备新材料提供了重要的研究支持。
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。
tem成像原理
tem成像原理TEM成像原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种利用电子束来成像的高分辨率显微镜。
与光学显微镜不同，TEM 使用的是电子束而不是光束，因此可以获得比光学显微镜更高的分辨率。
TEM成像原理是基于电子的波粒二象性和电子与物质相互作用的原理。
TEM成像原理的基础是电子的波粒二象性。
电子既可以表现出粒子的性质，也可以表现出波的性质。
当电子束穿过物质时，它们会与物质中的原子和分子相互作用，这种相互作用会导致电子的散射和吸收。
这些相互作用会影响电子的波长和相位，从而影响电子的成像。
TEM成像原理的另一个关键是电子与物质的相互作用。
当电子束穿过物质时，它们会与物质中的原子和分子相互作用，这种相互作用会导致电子的散射和吸收。
这些相互作用会影响电子的波长和相位，从而影响电子的成像。
TEM成像原理的核心是透射电子显微镜的结构。
TEM由电子枪、透镜系统、样品台、检测器和计算机控制系统组成。
电子枪产生电子束，透镜系统用于聚焦电子束，样品台用于支持样品，检测器用于检测透射电子，计算机控制系统用于控制整个系统。
在TEM成像过程中，电子束从电子枪中发射出来，经过透镜系统聚焦后，穿过样品并被检测器检测。
检测器会测量透射电子的强度和相位，然后将这些信息传输到计算机控制系统中。
计算机控制系统会根据这些信息生成图像，并将图像显示在屏幕上。
TEM成像原理是基于电子的波粒二象性和电子与物质相互作用的原理。
通过透射电子显微镜的结构和计算机控制系统，可以获得高分辨率的电子显微图像。
这种成像技术在材料科学、生物学、化学等领域有着广泛的应用。
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。
透射电子显微镜的成像原理
透射电子显微镜的成像原理TEM的成像原理基于电子的波动性质和干涉现象。
以下是TEM的成像原理的详细解释：1.高能电子源：TEM通常使用热阴极（例如钨丝）产生的热电子作为电子源。
电子束需要保持尽可能小的振荡，因此通常通过光学系统进行聚焦。
2.电子束准直：在电子源后面设置准直孔径以减小电子束的发散角度，并通过设置一组准直磁透镜来进一步减小发散角度。
3.样品：待观察的样品通常是一小片非常薄的样品（通常是纳米级别）。
样品需要被制备成非常薄的截面，通常使用切割机或离心离析法。
4.束缚电子：电子束进入样品后，被样品中的原子核和电子束中的电子相互作用而发生散射。
这些散射的电子被称为束缚电子。
5.干涉：散射电子与束缚电子的相互作用形成了干涉模式。
相干的束缚电子将产生干涉峰，这些干涉峰记录了样品内部的信息。
6.显微镜镜头：经过样品后，干涉电子被一系列电磁透镜（如凸透镜和扇形透镜）聚焦和偏转。
这些透镜通过调整其磁场产生电子束的聚焦和偏转，从而将其转化为2D或3D的成像。
7.检测器：在显微镜的底部，放置一个检测器来接收干涉电子成像模式。
常见的检测器包括荧光屏、像面（CCD）相机和深度冷冻电子图像扫描仪（DF-86）等。
8.成像：通过收集样品下方的干涉电子，可以生成一个二维或三维的图像。
这些图像展现了样品的内部结构和形貌。
总结起来，TEM的成像原理是利用电子束与样品中原子核和电子的相互作用，进而形成干涉模式。
通过控制电子束的聚焦和偏转，可以将干涉模式转化为二维或三维的图像，从而观察样品的内部结构和形貌。
这使得TEM成为研究纳米材料、生物分子和晶体结构等领域的有力工具。
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。
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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2. 晶体薄膜样品的制备
一般程序： (1)初减薄——制备厚度约100~200µm的薄片； (2)从薄片上切取φ3mm的圆片； (3)预减薄——从圆片的一侧或两则将圆片中心区域减薄至数µm； (4)终减薄。
图9-15 双喷电解抛光装置原理图
图9-16 离子减薄装置原理示意图
第三节 透射电镜基本成像操作及像衬度
为进一步简化计算，采用两个近似处理方法：
①双束条件，即除直射束外只激发产生一个衍射束的成像条件。由 上述讨论可知，对薄晶体样品双束条件实际上是达不到的。实践上 只能获得近似的双束条件。因此，用于成像的衍射束应具有较大的 偏离参量，使其强度远小于直射束强度，以近似满足运动学要求； 另一方面该衍射束的强度应明显高于其它衍射束的强度，以近似满 足双束条件； ②柱体近似，即在计算样品下表面衍射波强度时，假设将样品分割 为贯穿上下表面的一个个小柱体(直径约2nm)，而且相邻柱体中的 电子波互不干扰。
图9-2 透射电子显微镜光路原理图
二、构造
TEM由照明系统、成像系统、记录系统、真空系统和电器系统组成。
1. 电磁透镜
能使电子束聚焦的装置称为电子透镜（electron lens） 静电透镜 电子透镜 磁透镜 电磁透镜 恒磁透镜
（1）电磁透镜的结构 ）
图9-3 电磁透镜结构示意图
（2）电磁透镜的光学性质 ）
一、工作原理 成像原理与光学显微镜类似。 它们的根本不同点在于光学显微镜以可见光作照明束，透射电子显微 镜则以电子为照明束。在光学显微镜中将可见光聚焦成像的是玻璃透 镜，在电子显微镜中相应的为磁透镜。 由于电子波长极短，同时与物质作用遵从布拉格（Bragg）方程，产 生衍射现象，使得透射电镜自身在具有高的像分辨本领的同时兼有结 构分析的功能。
成像电子在电磁透镜磁场中沿螺旋线轨迹运动，而可见光是以折线形 式穿过玻璃透镜。因此，电磁透镜成像时有一附加的旋转角度，称为 磁转角ϕ。物与像的相对位向对实像为180°±ϕ，对虚像为ϕ。
（3）电磁透镜的分辨本领 ）
1 ∆r0 = Aλ3 / 4 C s / 4
（9-3）
式中：A——常数；λ——照明电子束波长；Cs——透镜球差系数。
图9-6 双聚光镜照明系统光路图
3. 成像系统
由物镜、中间镜(1、2个)和投影镜(1、2个)组成。 成像系统的两个基本操作是将衍射花样或图像投影到荧光屏上。 通过调整中间镜的透镜电流，使中间镜的物平面与物镜的背焦面重合， 可在荧光屏上得到衍射花样。 若使中间镜的物平面与物镜的像平面重合则得到显微像。 透射电镜分辨率的高低主要取决于物镜 。
1 1 1 + = u v f
式中：u、v与f——物距、像距与焦距。 （9-1）
RV0 f =A (NI ) 2
数；A——与透镜结构有关的比例常数。
（9-2）
式中：V0——电子加速电压；R——透镜半径；NI——激磁线圈安匝
电磁透镜是一种焦距(或放大倍数)可调的会聚透镜。减小激磁电流，可使 电磁透镜磁场强度降低、焦距变长(由f1变为f2 ） 。
第二十二章 透射电子显微分析
电子显微分析方法的种类
透射电子显微镜(TEM)可简称透射电镜 扫描电子显微镜(SEM)可简称扫描电镜 电子探针X射线显微分析仪简称电子探针(EPA或EPMA)：波谱 仪(波长色散谱仪，WDS)与能谱仪(能量色散谱仪，EDS) 电子激发俄歇电子能谱(XAES或AES)
TEM的形式
图9-7 透射电镜成像系统的两种基本操作 (a)将衍射谱投影到荧光屏 (b)将显微像投影到荧光屏
三、选区电子衍射
图9-8 在物镜像平面上插入选区光栏实现选区衍射的示意图
选区衍射操作步骤
（1）使选区光栏以下的透镜系统聚焦 （2）使物镜精确聚焦 （3）获得衍射谱
第二节 样品制备
TEM样品可分为间接样品和直接样品。 要求： （1）供TEM分析的样品必须对电子束是透明的，通常样品观察区域 的厚度以控制在约100~200nm为宜。 （2）所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些 2 特征。因此，样品制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知 道影响的方式和程度。
图9-19 衍射衬度成像光路图
第四节 电子衍射运动学理论
透射电镜衍射衬度是由样品底表面不同部位的衍射束强度存在差异而 造成的。要深入理解和正确解释透射电镜衍衬像的衬度特征，就需要 对衍射束的强度进行计算。 动力学衍射 运动学衍射
一、运动学理论的基本假设
运动学理论是建立在运动学近似[即忽略各级衍射束(透射束为零级衍 射束)之间的相互作用]基础之上的用于讨论衍射波强度的一种简化理 论。 其基本假设是： ①入射电子在样品内只可能受到不多于一次的散射。 ②入射电子波在样品内的传播过程中，强度的衰减可以忽略。即衍射 波强度始终远小于入射波强度。否则衍射波会发生较为显著的再次衍 射，即动力学衍射。
为满足上述基本假设，在实践上可通过以下两条途径实现：
①使样品晶体处于足够偏离布拉格条件的位向，以避免产生强的衍 射，保证入射波强度不发生明显衰减； ②采用足够薄的样品，尽量减小电子受到多次散射的机会。 要达到这两个实验条件，实践上都有困难。 一方面，原子对电子的散射振幅较大，散射强度不会很弱，而且当 选用的衍射束所对应的倒易点足够偏离厄瓦尔德球面时，其附近的 某个或某些倒易点又将靠近厄瓦尔德球面； 另一方面，随着样品厚度的减小，倒易杆拉长，更容易产生较强的 衍射，而且样品越薄则越难完全代表大块材料的性质，所以衍衬分 析时样品通常不应制得太薄。可见，用运动学理论解释衍衬在大多 数情况下都是近似的。
复型的种类
按复型的制备方法，复型主要分为： 一级复型 二级复型 萃取复型（半直接样品）
图9-14 塑料-碳二级复型制备过程示意图
萃取复型
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。 支持膜分散粉末法： 需TEM分析的粉末颗粒一般都远小于铜网小孔， 因此要先制备对电子束透明的支持膜。常用的支持膜有火棉胶膜和碳 膜，将支持膜放在铜网上，再把粉末放在膜上送入电镜分析。
一、成像操作
图9-17 成像操作光路图 （a）明场像 (b)暗场像 (c)中心暗场像
二、像衬度
像衬度是图像上不同区域间明暗程度的差别。 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： 质厚衬度 ：非晶样品衬度的主要来源 振幅衬度 衍射衬度 ：晶体样品衬度的主要来源 相位衬度
图9-18 质3nm，高分辨条件下，∆r0可达约0.15nm。
2. 照明系统
作用：提供亮度高、相干性好、束流稳定的照明电子束。 组成：电子枪和聚光镜 钨丝 热电子源 电子源 LaB6 场发射源
图9-5 热电子枪示意图 灯丝和阳极间加高压，栅极偏压起会聚电子束的作用， 使其形成直径为d0、会聚/发散角为α0的交叉
复型)的制备 一、间接样品(复型 的制备 间接样品 复型
对复型材料的主要要求： ①复型材料本身必须是“无结构”或非晶态的； ②有足够的强度和刚度，良好的导电、导热和耐电子束轰击性能。 ③复型材料的分子尺寸应尽量小，以利于提高复型的分辨率，更深入 地揭示表面形貌的细节特征。 常用的复型材料是非晶碳膜和各种塑料薄膜。
透射电子显微镜（简称透射电镜，TEM），可以以几种不同的形式 出现，如： 高分辨电镜（HRTEM） 透射扫描电镜（STEM） 分析型电镜（AEM）等等。 入射电子束（照明束）也有两种主要形式： 平行束：透射电镜成像及衍射 会聚束：扫描透射电镜成像、微分析及微衍射。
第一节 透射电子显微镜工作原理及构造