(精品)第七章材料分析方法TEM

透射电子显微镜的构成
测插式样品倾斜装置
消像散器：用来消除或减小透镜磁场的非 轴对称性，把固有的椭圆形磁场校正成旋 转对称磁场的装置。
电磁式消像散器
透射电子显微镜的构成
TEM有三种主要光阑： 聚光镜光阑（Condenser lens holder）
➢ 作用：限制照明孔径角。 ➢ 光阑孔直径：20-400um。
由电子光学系统、电源与控制 系统及真空系统三部分组成。
电子光学系统通常称镜筒，是
TEM的核心，它的光路原理与
透射光学显微镜十分相似。其
分为三部分：照明系统、成像
系统和观察记录系统。
（a）
（b）
一、照明系统
（1）电子枪 电子枪是TEM的电子源。 常用的是热阴极三极电子枪，
由发夹形钨丝阴极、阳极和栅 极组成。
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
Hale Waihona Puke Baidu
TEM 样品测试过程
抽真空
上样品
观察
拍照
（光斑、聚焦） （Charge Coupied Device ，CCD）
超声波振荡器
乙醇
~30 min
样品杆
样品板
TEM 样品测试过程
抽真空
上样品 观察
拍照 取样
（光斑、聚焦） （Charge Coupied Device ，CCD）
二、成像系统
高倍放大
电子衍射
成像系统光路
三、观察记录系统
观察和记录装置包括荧光屏和照相机结构。 人眼无法观测电子，TEM中的电子信息通过荧光屏和
照相底版转换为可观察图像。
透射电子显微镜的构成 高压系统
真空系统
10-3 Pa 或 10-6 Pa
透射电子显微镜的构成 控制系统
观察和记录系统
物镜光阑（Objective lens holders）
➢ 作用：提高像衬度；减小孔径角，从而减小像 差；进行暗场成像； ➢ 光阑孔径：20-120um。
选区光阑（Diffraction lens holders）
➢ 来限定微区，对该微区进行衍射分析； ➢ 光阑孔直径：20-400um。
TEM的型号
① 阴极，又称灯丝，一般由0.030.1mm钨丝作成V或Y形状。
② 阳极 ➢加速从阴极发射出的电子。 ➢为了操作安全，一般是阳极接地， 阴极带有负高压。 -50-200kV
一、照明系统
（1）电子枪 电子枪是TEM的电子源。 常用的是热阴极三极电子枪，
由发夹形钨丝阴极、阳极和栅 极组成。
第七章 透射电子显微镜
Transmission electron microscope
第一节 透射电子显微镜的结构和成像原理 第二节 透射电镜的主要性能参数及测定 第三节 样品的制备
第一节 透射电子显微镜的结构和成像原理
以波长极端短的电子束作为照 明源，用电磁透镜聚焦成像的 一种高分辨率、高放大倍数的 电子光学仪器。
➢ 第二聚光镜为弱励磁透镜，适焦 时放大倍数为2倍左右，结果在 样品平面上可获得φ2-10μm的 照明电子束斑。
二、成像系统
成像系统由物镜、中间镜和投影镜构成。
(1) 物镜 作用：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。 TEM的分辨率主要取决于物镜
通常采用强激磁，短焦距的物镜，放大倍数较高，一般为100～300 倍，目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
TEM的型号
加速电压20、40、60、80、100 、 120KV 晶格分辨率 2.04Å 点分辨率 3.4Å 最小电子束直径约2nm 倾转角度α=±60度
β=±30度
EM420透射电子显微镜
TEM的型号
日立H－700电子显微镜
分 辨 率：0.34nm 加速电压：75－200KV 放大倍数：25万倍
③ 栅极 会聚电子束；控制电子束电流大小，调节像的亮度。
电子枪的重要性仅次于物镜。决定像的亮度、图像稳定度和 穿透样品的能力。
一、照明系统
(2) 聚光镜
作用：用来会聚电子枪射出的电 子束，以最小的损失照明样品， 调节照明强度、孔径角和束斑大 小。
一般采用双聚光镜系统。
➢ 第一聚光镜为强励磁透镜，束斑 缩小率为10-50倍左右，将电子 枪第一交叉点束斑缩小为φ15μm；
二、成像系统
成像系统由物镜、中间镜和投影镜构成。
(2)中间镜 成二次像。 是一个弱励磁的长焦距变倍率透镜，0～20倍可调。 利用中间透镜的可变倍率来控制电镜的总放大倍数。
M 总＝M 物 M中 M 投
二、成像系统
成像系统由物镜、中间镜和投影镜构成。 (3)投影镜
短焦距强磁透镜，最后一级放大像，最终显示到荧光屏上，称 为三级放大成像。
TEM可得到的信息
① 材料的形貌
Figure 2.(a) TEM image ofthe materials after the HNO3-based exfoliation and subsequent esterification reactions,showing the transformation of a large fraction of the original single-channel nanotubes to tube-in-tube structures.(b) An individual tube-in-tube assembly with open end. (c) SEM image of the end of a tube-in-tube assembly.
物镜的分辨率决定于极靴的形状和加工精度。 ➢ 一般来说，极靴的内孔和上下极靴之间的距离越小，物镜的分
辨率越高。 ➢ 物镜光阑不仅具有减小球差、像散和色差的作用，而且可以提
高图像的衬度。
极靴:是电机磁极一个独特的结构,由软磁材料（如纯铁） 制成的中心穿孔的柱体对称芯子，被称为极靴。 用极靴一般是为了获得较好的线性分布。
Philips CM12透射电镜
加速电压20、40、60、80、100 、 120KV LaB6或W灯丝 晶格分辨率 2.04Å 点分辨率 3.4Å 最小电子束直径约2nm； 倾转角度α=±20度
β=±25度
CEISS902电镜
加速电压50、80KV W灯丝 顶插式样品台 能量分辨率1.5ev 倾转角度α=±60度
具有很大的景深和焦长。
二、成像系统
样品在物镜的物平面上，物镜的像平面是中间镜的物平面， 中间镜的像平面是投影镜的物平面，荧光屏在投影镜的像平 面上。 物镜和投影镜的放大倍数固定，通过改变中间镜的电流来调 节电镜总M。 M越大，成像亮度越低，成像亮度与M2成反比。 高性能TEM大都采用5级透镜放大，中间镜和投影镜有两级。 放大成像操作：中间镜的物平面和物镜的像平面重合，荧光 屏上得到放大像。 电子衍射操作：中间镜的物平面和物镜的后焦面重合，得到 电子衍射花样。