透射电子显微镜(TEM)PPT课件
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第七章TEM透射电子显微镜PPT课件
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。
➢ 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
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
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。
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
《tems基础知识》课件
磁场强度
TEMs设备的磁场强度是衡量其性能的 重要参数，直接影响探测深度和分辨率
。
探测深度和分辨率
TEMs设备的探测深度和分辨率与其 磁场强度和频率范围有关，是衡量其
性能的重是重要参数 ，不同频率适用于不同探测深度和分 辨率。
便携性和可靠性
TEMs设备的便携性和可靠性也是重 要的性能参数，影响着设备的实际应 用效果。
电磁波的频率
电磁波的频率决定了其波长和能量，频率越高，波长越短，能量 越大。
电磁波的极化
电磁波的电场矢量方向称为极化方向，不同极化方向的电磁波具 有不同的特性。
TEMs工作原理
1 2
传输线理论
TEM波在传输线中传播时，电场和磁场都沿着传 输方向，没有横向分量。
TEM波的产生
当电磁波在传输线中传播时，如果传输线的横截 面尺寸远大于波长，则可以产生TEM波。
雷达测速
利用TEM波的多普勒效应，实现对运 动目标的速度测量。
探测领域应用
气体探测
利用TEM波在气体中的传播特性，实现对气体成分和浓度的探测。
生物医学成像
将TEM波与医学成像技术结合，实现对生物组织的无损探测和成像。
其他领域应用
电子对抗
利用TEM波的特性，实现电磁干扰和电子欺骗等电子对抗手 段。
04
TEMs技术应用
通信领域应用
无线通信
利用TEM波的特性，实现高速、大容 量的无线通信，如移动通信网络、卫 星通信等。
微波传输
TEM波在波导中传输时具有低损耗、 低色散的特性，适用于长距离、高速 的微波信号传输。
雷达领域应用
雷达探测
利用TEM波的定向传播和反射特性 ，实现目标的探测和定位，广泛应用 于军事和民用领域。
TEMs设备的磁场强度是衡量其性能的 重要参数，直接影响探测深度和分辨率
。
探测深度和分辨率
TEMs设备的探测深度和分辨率与其 磁场强度和频率范围有关，是衡量其
性能的重是重要参数 ，不同频率适用于不同探测深度和分 辨率。
便携性和可靠性
TEMs设备的便携性和可靠性也是重 要的性能参数，影响着设备的实际应 用效果。
电磁波的频率
电磁波的频率决定了其波长和能量，频率越高，波长越短，能量 越大。
电磁波的极化
电磁波的电场矢量方向称为极化方向，不同极化方向的电磁波具 有不同的特性。
TEMs工作原理
1 2
传输线理论
TEM波在传输线中传播时，电场和磁场都沿着传 输方向，没有横向分量。
TEM波的产生
当电磁波在传输线中传播时，如果传输线的横截 面尺寸远大于波长，则可以产生TEM波。
雷达测速
利用TEM波的多普勒效应，实现对运 动目标的速度测量。
探测领域应用
气体探测
利用TEM波在气体中的传播特性，实现对气体成分和浓度的探测。
生物医学成像
将TEM波与医学成像技术结合，实现对生物组织的无损探测和成像。
其他领域应用
电子对抗
利用TEM波的特性，实现电磁干扰和电子欺骗等电子对抗手 段。
04
TEMs技术应用
通信领域应用
无线通信
利用TEM波的特性，实现高速、大容 量的无线通信，如移动通信网络、卫 星通信等。
微波传输
TEM波在波导中传输时具有低损耗、 低色散的特性，适用于长距离、高速 的微波信号传输。
雷达领域应用
雷达探测
利用TEM波的定向传播和反射特性 ，实现目标的探测和定位，广泛应用 于军事和民用领域。
透射电镜TEM讲义课件PPT
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
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。
电子波长
• 根据德布罗意（de Broglie）的观点，运动的
电子除了具有粒子性外，还具有波动性。这一点
上和可见光相似。电子波的波长取决于电子运动
的速度和质量，即
h
式中，h为普郎克常数：h=6.626m×v10-34J.s；
m为电子质量；v为电子运动速度，它和加速电
压U之间存在如下关系：
1 mv2 eU 即 2
图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)
高压系统
真空系统
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。
当试样厚度t恒定时,强度
200~500nm厚的薄膜
如果g · R ≠整数 ,则e-iα≠1， (α ≠ 2π的整数倍。
不同加速电压下的电子波波长
ξg是衍衬理论中一个重要的参数,表示在精确符合布拉格条件时透射波与衍射波之间能量交换或强度振荡的深度周期。
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
eZ
或原子核)周围有一个面积为σ
r0≈200nm 200nm是光学显微镜分辨本领的极限
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。
电子波长
• 根据德布罗意（de Broglie）的观点，运动的
电子除了具有粒子性外，还具有波动性。这一点
上和可见光相似。电子波的波长取决于电子运动
的速度和质量，即
h
式中，h为普郎克常数：h=6.626m×v10-34J.s；
m为电子质量；v为电子运动速度，它和加速电
压U之间存在如下关系：
1 mv2 eU 即 2
图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)
高压系统
真空系统
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。
当试样厚度t恒定时,强度
200~500nm厚的薄膜
如果g · R ≠整数 ,则e-iα≠1， (α ≠ 2π的整数倍。
不同加速电压下的电子波波长
ξg是衍衬理论中一个重要的参数,表示在精确符合布拉格条件时透射波与衍射波之间能量交换或强度振荡的深度周期。
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
eZ
或原子核)周围有一个面积为σ
《TEM操作培训》课件
04 TEM操作注意事项
CHAPTER
安全注意事项
确保操作区域安全
01
在操作TEM（透射电子显微镜）时，应确保操作区域没有障碍
物，避免人员和物品与设备发生碰撞。
遵守安全操作规程
02
在进行TEM操作前，应仔细阅读并遵守设备的安全操作规程，
确保正确使用设备。
避免高电压和高电流
03
在操作过程中，应避免高电压和高电流对人员和设备造成伤害
数据存储与备份
及时存储数据
在观察和记录TEM图像时，应及时将数据存储在稳定的存储介 质上，如硬盘或云端存储。
定期备份数据
为防止数据丢失，应定期备份存储的数据，并确保备份数据的可 读性和可用性。
加密存储和备份数据
为了保护数据的机密性和完整性，应对存储和备份的数据进行加 密处理，以确保数据的安全性。
05 实践操作与案例分析
，特别是在调节电压和电流时。
设备维护与保养
定期检查设备状态
在使用TEM后，应定期检查设备 的状态，包括电子显微镜的镜头
、真空系统和照明系统等。
清洁设备表面
应定期清洁设备的表面，保持设备 的清洁度，避免灰尘和污垢对设备 造成损害。
定期更换消耗品
在操作过程中，某些部件会逐渐磨 损或消耗，如灯丝和真空过滤器等 ，应定期更换以确保设备的正常运 行。
样品制备方法
总结词
样品的制备是TEM操作中的关键步骤，直接影响观察结果的准确性和可靠性。
详细描述
样品制备是TEM操作中的重要环节，需要采用一系列精细的制样技术。这包括将样品切成薄片、进行 减薄处理、以及在特定环境中进行保护和固定等步骤。制备良好的样品能够提供更清晰、更准确的观 察结果，并有助于提高实验的可重复性。
透射电子显微镜-TEM-医学课件
透射电子显微镜-TEM
Transmission electron microscope
1
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
2
TEM 简介
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的 证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年， 透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和 Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
21
成像系统
照明系统
成像系统
观察记录系统
22
（1）物镜 物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可 能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。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。
3
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
Transmission electron microscope
1
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
2
TEM 简介
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的 证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年， 透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和 Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
21
成像系统
照明系统
成像系统
观察记录系统
22
（1）物镜 物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可 能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。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。
3
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
课件：透射电子显微镜
全部部件都必须干净，在肯定真空 度下工作!
twinned grain
•Aperture is centred on the optical axis.
学习材料
37
dislocation
•Aperture displaced, selecting a diffracted beam.
学习材料
38
•No aperture - the diffraction pattern is centered on the optical axis.
Vacuum
• Why 电子平均自由程 至少10-3 Torr
• 电子源寿命 • W 灯丝 10-4 Torr • LaB6灯丝 10-7 Torr
• Field Emission 10-10 Torr
怎样获得
• 机械泵和扩散泵 • 液氮冷凝 • 涡轮分子泵 • 离子泵 注意: 电子枪面对真空度要求最高;
1152条/mm衍射光栅复型放大像
8750×
27
9.4 透射电子显微镜的技术参数
28
9.5 以TEM为代表的电子显微术特点
优点： 同时获得结构〔衍射〕、形貌〔成象〕和
成分〔X光能谱和波谱、电子能量损失谱等〕 信息；
电子束的波长很小，可覆盖从微观到宏观 的全部结构尺度；
高分辩率。 缺点：
主要是电子穿透能力弱〔穿透能力为十分 之一微米量级〕，带来样品制备和实验等方面 的困难；电子与物质的作用十分强烈，致使结 果分析较复杂。
由3)阴电极子、速栅度要大。电子离开照明系统时，动能愈 极大和，阳成极象组愈亮。电子动能愈大，穿透能力愈强， 成试。样可以相应地厚些。
4
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
twinned grain
•Aperture is centred on the optical axis.
学习材料
37
dislocation
•Aperture displaced, selecting a diffracted beam.
学习材料
38
•No aperture - the diffraction pattern is centered on the optical axis.
Vacuum
• Why 电子平均自由程 至少10-3 Torr
• 电子源寿命 • W 灯丝 10-4 Torr • LaB6灯丝 10-7 Torr
• Field Emission 10-10 Torr
怎样获得
• 机械泵和扩散泵 • 液氮冷凝 • 涡轮分子泵 • 离子泵 注意: 电子枪面对真空度要求最高;
1152条/mm衍射光栅复型放大像
8750×
27
9.4 透射电子显微镜的技术参数
28
9.5 以TEM为代表的电子显微术特点
优点： 同时获得结构〔衍射〕、形貌〔成象〕和
成分〔X光能谱和波谱、电子能量损失谱等〕 信息；
电子束的波长很小，可覆盖从微观到宏观 的全部结构尺度；
高分辩率。 缺点：
主要是电子穿透能力弱〔穿透能力为十分 之一微米量级〕，带来样品制备和实验等方面 的困难；电子与物质的作用十分强烈，致使结 果分析较复杂。
由3)阴电极子、速栅度要大。电子离开照明系统时，动能愈 极大和，阳成极象组愈亮。电子动能愈大，穿透能力愈强， 成试。样可以相应地厚些。
4
9.1 透射电子显微镜的电子光学系统
TEM高分辨透射电镜讲稿 精品 ppt课件
▪ 在特殊情况下，样品室内还可分别装有加热、冷却或拉伸等各种功能 的样品座，以满足相变、形变等过程的动态观察。
▪ 透射电镜的样品是放置在物镜的上下极靴之间，由于这里的空间很小， 所以透射电镜的样品也很小，通常是直径3mm的薄片。
成像部分：
▪ 物镜：为放大率很高的短距透镜，对样品成像和 放大。它是决定TEM分辨本领和成像质量的关键。 因为它将样品中的微细结构成像、放大，物镜中 的任何缺陷都将被成像系统中的其他透镜进一步 放大。
TEM高分辨透射电镜讲稿 精品
透射电镜的成像及应用（TEM）
精品资料
你怎么称呼老师？
如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是 否会认为老师的教学方法需要改进？
你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ 教师的教鞭
“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨， 没有学问无颜见爹娘 ……”
“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
▪ 因为不同结构有不同的相互作用，这样就 可以根据透射电子图象所获得的信息来了 解试样内部的结构。由于试样结构和相互 作用的复杂性，因此所获得的图象也很复 杂。它不象表面形貌那样直观、易懂。
➢超高压和中等加速电压技术：电子经过试样后，对成像有贡献的弹性散射 电子所占的百分比决定了图像分辨率→信号／噪声的高低；
由于质厚衬度来源于入射电子与试样物质发生相互作用而引起的 吸收与散射。由于试样很薄，吸收很少。衬度主要取决于散射电 子（吸收主要取于厚度，也可归于厚度），当散射角大于物镜的 孔径角α时,它不能参与成象而相应地变暗。这种电子越多，其象越 暗。或者说，平均原子系数越大，散射本领大，透射电子少的部 分所形成的象要暗些，反之则亮些。
3.非晶体样品的质厚衬度成像原理：
入射电子透过样品时，若样品越厚→碰到的原子数目越多；或样 品原子序数Z越大或密度越大→样品原子核库仑电场越强，则散射角 α越大→被散射到物镜光阑外的电子就越多，而参与成像的电子强 度也就越低，从而在荧光屏显示出不同的衬度，这就是质厚衬度成 像原理 。
▪ 透射电镜的样品是放置在物镜的上下极靴之间，由于这里的空间很小， 所以透射电镜的样品也很小，通常是直径3mm的薄片。
成像部分：
▪ 物镜：为放大率很高的短距透镜，对样品成像和 放大。它是决定TEM分辨本领和成像质量的关键。 因为它将样品中的微细结构成像、放大，物镜中 的任何缺陷都将被成像系统中的其他透镜进一步 放大。
TEM高分辨透射电镜讲稿 精品
透射电镜的成像及应用（TEM）
精品资料
你怎么称呼老师？
如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是 否会认为老师的教学方法需要改进？
你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ 教师的教鞭
“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨， 没有学问无颜见爹娘 ……”
“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
▪ 因为不同结构有不同的相互作用，这样就 可以根据透射电子图象所获得的信息来了 解试样内部的结构。由于试样结构和相互 作用的复杂性，因此所获得的图象也很复 杂。它不象表面形貌那样直观、易懂。
➢超高压和中等加速电压技术：电子经过试样后，对成像有贡献的弹性散射 电子所占的百分比决定了图像分辨率→信号／噪声的高低；
由于质厚衬度来源于入射电子与试样物质发生相互作用而引起的 吸收与散射。由于试样很薄，吸收很少。衬度主要取决于散射电 子（吸收主要取于厚度，也可归于厚度），当散射角大于物镜的 孔径角α时,它不能参与成象而相应地变暗。这种电子越多，其象越 暗。或者说，平均原子系数越大，散射本领大，透射电子少的部 分所形成的象要暗些，反之则亮些。
3.非晶体样品的质厚衬度成像原理：
入射电子透过样品时，若样品越厚→碰到的原子数目越多；或样 品原子序数Z越大或密度越大→样品原子核库仑电场越强，则散射角 α越大→被散射到物镜光阑外的电子就越多，而参与成像的电子强 度也就越低，从而在荧光屏显示出不同的衬度，这就是质厚衬度成 像原理 。
透射电子显微镜TEM(PPT121页)
透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscope, TEM)
TEM是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透 镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学 仪器。可同时实现微观形貌观察、晶体结构分析和成 分分析（配以能谱或波谱或能量损失 谱）。
为什么采用电子束而不用自然光？
β=±25度
EM420透射电子显微镜
（日本电子） 加速电压20KV、40KV、60KV、 80KV、100KV、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
FEI Titan 80-300 kV S/TEM 世界上功能最强大的商用透射电子显 微镜 (TEM)。已迅速成为全球顶级研 究人员的首选 S/TEM，从而实现了 TEM 及 S/TEM 模式下的亚埃级分辨 率研究及探索。
➢ 电子显微镜发展史
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年，透射电
镜实现了工厂化生产。 20世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和Howie等人
主要技术参数： 1.TEM分辨率 <1 2.STEM分辨率 <1 3.能量分辨率 <0.15eV 或 <0.25eV 4.加速电压 80-300kV
内容
8.1 简介 8.2 结构原理 8.3 样品制备 8.4 透射电子显微镜的电子衍射 8.5 透射电子显微镜图像分析
8.2 透射电子显微镜结构原理
电磁透镜的分辨本领比光学玻璃透镜提高一千 倍左右，可以达到2Å 的水平，使观察物质纳米 级微观结构成为可能。
高分辨透射电子显微术优秀课件.ppt
高分辨透射电子显微术优秀课件
波的干涉
Yi
底片
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨透射电子显微术：是材料原子级别显微组织结构的相 位衬度显微术。它能使大多数晶体材料中的原子成串成像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
）首次用电子显微镜拍摄了 Ti2Nb10O29 的二维像，并指出高分辨像中一个亮点对应于 晶体结构中电子束入射方向的一个通道。这是由于通道与周 围相比对电子的散射较弱，因此在像中呈现为亮点。在弱相 位体近似成立的条件下，高分辨电子显微像就是晶体结构在 电子束方向的投影，因此将晶体结构与电子显微像结合起来。 这种直观地显示晶体结构的高分辨像就称为结构像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
阿贝成像原理
成像系统光路图如图所示。 当来自照明系统的平行电子束投射
到晶体样品上后，除产生透射束外 还会产生各级衍射束，经物镜聚焦 后在物镜背焦面上产生各级衍射振 幅的极大值。 每一振幅极大值都可看作是次级相 干波源，由它们发出的波在像平面 上相干成像，这就是阿贝光栅成像 原理。
在此期间，人们还致力于发展超高压电镜、扫描 透射电镜、环境电镜以及电镜的部件和附件等， 以扩大电子显微分析的应用范围和提高其综合分 析能力。
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨电镜可用来观察晶体的点阵像或单原子像等所谓的高 分辨像。这种高分辨像直接给出晶体结构在电子束方向上的 投影，因此又称为结构像(图4-86)。
高分辨TEM
用物镜光阑选择透射波，观察到的象为明场象； 用物镜光阑选择一个衍射波，观察到的是暗场像； 在后焦平面上插上大的物镜光阑可以获得合成象，即高分辨
电子显微像
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨显微像
高分辨显微像的衬度是由合成的透射波与衍射波的相位差所 形成的。
波的干涉
Yi
底片
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨透射电子显微术：是材料原子级别显微组织结构的相 位衬度显微术。它能使大多数晶体材料中的原子成串成像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
）首次用电子显微镜拍摄了 Ti2Nb10O29 的二维像，并指出高分辨像中一个亮点对应于 晶体结构中电子束入射方向的一个通道。这是由于通道与周 围相比对电子的散射较弱，因此在像中呈现为亮点。在弱相 位体近似成立的条件下，高分辨电子显微像就是晶体结构在 电子束方向的投影，因此将晶体结构与电子显微像结合起来。 这种直观地显示晶体结构的高分辨像就称为结构像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
阿贝成像原理
成像系统光路图如图所示。 当来自照明系统的平行电子束投射
到晶体样品上后，除产生透射束外 还会产生各级衍射束，经物镜聚焦 后在物镜背焦面上产生各级衍射振 幅的极大值。 每一振幅极大值都可看作是次级相 干波源，由它们发出的波在像平面 上相干成像，这就是阿贝光栅成像 原理。
在此期间，人们还致力于发展超高压电镜、扫描 透射电镜、环境电镜以及电镜的部件和附件等， 以扩大电子显微分析的应用范围和提高其综合分 析能力。
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨电镜可用来观察晶体的点阵像或单原子像等所谓的高 分辨像。这种高分辨像直接给出晶体结构在电子束方向上的 投影，因此又称为结构像(图4-86)。
高分辨TEM
用物镜光阑选择透射波，观察到的象为明场象； 用物镜光阑选择一个衍射波，观察到的是暗场像； 在后焦平面上插上大的物镜光阑可以获得合成象，即高分辨
电子显微像
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨显微像
高分辨显微像的衬度是由合成的透射波与衍射波的相位差所 形成的。
仪器分析SEM,TEM【优质PPT】
• 1 透射电镜简介 • 2 透射电镜结构组成 • 3 透射电镜主要性能参数 • 4 透射电镜样品的制备技术 • 5 透射电镜在高聚物研究中的应用
1.透射电镜简介
TEM概念 透射电子显微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高分辨率、高放大倍数的电子 光学仪器。 四部分：电子光学系统、电源系统、
3. 扫描电镜结构原理
扫描电镜 由电子光学系统，扫描系统,信号收集处理、图像显示和
记录系统，真空系统，电源系统五部分组成
• (1)电子光学系统（镜筒）
由电子枪、聚光镜、物镜和样品室 等部件组成。
• 扫描电镜一般有三个聚光镜： –前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光斑尺寸。
• 第三个聚光镜是弱透镜，具有较长的焦距，在该透镜下方 放置样品可避免磁场对电子轨迹的干扰。
q因此，吸收电子像的衬度是与背散射电子和二次 电子像的衬度互补的。背散射电子图像上的亮区 在相应的吸收电子图像上必定是暗区。
二、吸收电子成像
背散射电子像，黑色团状物为石墨 吸收电子像，白色团状物为石墨
铁素体基体球墨铸铁拉伸断口的背散射电子像和吸收电子像
透射电子显微镜（TEM）
Transmission Electron Microscope
二、二次电子
•二次电子是指在入射电子束作用下被轰 击出来并离开样品表面的样品的核外层 电子。 •二次电子的能量较低，一般都不超过50 ev。二次电子一般都是在表层5-10 nm深 度范围内发射出来的，它对样品的表面 形貌十分敏感，因此，能非常有效地显 示样品的表面形貌。 •不能进行微区成分分析
三、吸收电子
阴极发光
X射线
一、背散射电子
•背散射电子是被固体样品中的原子反弹 回来的一部分入射电子。 •弹性背散射电于是指被样品中原子核反 弹回来的，散射角大于90度的那些入射 电子，其能量没有损失。 •非弹性背散射电子是入射电子和样品核 外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅 方向改变，能量也不同程度的损失。如 果逸出样品表面，就形成非弹性背散射 电子。 •可进行微区成分定性分析
1.透射电镜简介
TEM概念 透射电子显微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高分辨率、高放大倍数的电子 光学仪器。 四部分：电子光学系统、电源系统、
3. 扫描电镜结构原理
扫描电镜 由电子光学系统，扫描系统,信号收集处理、图像显示和
记录系统，真空系统，电源系统五部分组成
• (1)电子光学系统（镜筒）
由电子枪、聚光镜、物镜和样品室 等部件组成。
• 扫描电镜一般有三个聚光镜： –前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光斑尺寸。
• 第三个聚光镜是弱透镜，具有较长的焦距，在该透镜下方 放置样品可避免磁场对电子轨迹的干扰。
q因此，吸收电子像的衬度是与背散射电子和二次 电子像的衬度互补的。背散射电子图像上的亮区 在相应的吸收电子图像上必定是暗区。
二、吸收电子成像
背散射电子像，黑色团状物为石墨 吸收电子像，白色团状物为石墨
铁素体基体球墨铸铁拉伸断口的背散射电子像和吸收电子像
透射电子显微镜（TEM）
Transmission Electron Microscope
二、二次电子
•二次电子是指在入射电子束作用下被轰 击出来并离开样品表面的样品的核外层 电子。 •二次电子的能量较低，一般都不超过50 ev。二次电子一般都是在表层5-10 nm深 度范围内发射出来的，它对样品的表面 形貌十分敏感，因此，能非常有效地显 示样品的表面形貌。 •不能进行微区成分分析
三、吸收电子
阴极发光
X射线
一、背散射电子
•背散射电子是被固体样品中的原子反弹 回来的一部分入射电子。 •弹性背散射电于是指被样品中原子核反 弹回来的，散射角大于90度的那些入射 电子，其能量没有损失。 •非弹性背散射电子是入射电子和样品核 外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅 方向改变，能量也不同程度的损失。如 果逸出样品表面，就形成非弹性背散射 电子。 •可进行微区成分定性分析
透射电镜教程PPT课件
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
为满足上述基本假设，在实践上可通过以下两条途径实现：
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 质厚衬度成像光路图
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。
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
11 1 uv f
式中：u、v与f——物距、像距与焦距。
f
A
(
RV0 NI )
2
（9-1） （9-2）
式中：V0——电子加速电压；R——透镜半径；NI——激磁线圈安匝 数；A——与透镜结构有关的比例常数。
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 ） 。
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。
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高分辨电镜的设计分为两类：一是为生物工作者设计 的，具有最佳分辨本领而没有附件；二是为材料科学工作者 设计的，有附件而损失一些分辨能力。
我们这里先看一看一些电镜的外观图片，再就电镜共 同的结构原理和日趋普及的分析电镜的有关部分做一介绍。
6
日本日立公司H－700 电子显微镜，配有双倾台 ，并带有7010扫描附件和 EDAX9100能谱。该仪器 不但适合于医学、化学、 微生物等方面的研究，由 于加速电压高，更适合于 金属材料、矿物及高分子 材料的观察与结构分析， 并能配合能谱进行微区成 份分析。
透射电子显微镜 （TEM）
1
内容提要 1.透射电镜的结构 2.透射电镜的成像原理 3.电子衍射 4.透射电镜样品的制备
2
3
4
5
目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为2~3 埃， 电压为100～500kV，放大倍数50~1200000倍。由于材料研 究强调综合分析，电镜逐渐增加了一些其它专门仪器附件， 如扫描电镜、扫描透射电镜、X射线能谱仪、电子能损分析 等有关附件，使其成为微观形貌观察、晶体结构分析和成分 分析的综合性仪器，即分析电镜。
（4）聚光镜：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，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚
光镜就是为克服这种缺陷加入的，它有增强电子束密度和再一次
将发散的电子会聚起来的作用。
14
1 2 3
4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 16
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18 19
● 分 辨 率：0.34nm ● 加速电压：75KV－200KV ● 放大倍数：25万倍 ● 能 谱 仪：EDAX－9100 ● 扫描附件：S7010
7
CM200-FEG场发射枪电镜
加速电压20KV、40KV、80KV、 160KV、200KV 可连续设置加速电压 热场发射枪 晶格分辨率 1.4Å 点分辨率 2.4Å 最小电子束直径1nm 能量分辨率约1ev 倾转角度α=±20度
23
3 . 供电系统
透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部分， 二是供给电磁透镜的低压稳流部分。
电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。 所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和 各透镜的激磁电流。
近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作 程序控制系统和数据处理的计算机系统。
在分析电镜中，使用的皆为双物镜加辅助透镜，试样置于上下 物镜之间，上物镜起强聚光作用，下物镜起成像放大作用，辅助透 镜是为了进一步改善场对称性而加入的。
17
近代高性能电镜一般都设有两 个中间镜，两个投影镜。三级 放大成像和极低放大成像,示意 图如下所示
18
物 物镜 衍射谱
一次像 中间镜
二次像 投影镜
同方向同相位的弹性散射束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构 信息的散射花样或衍射花样；将来自试样同一点的不同方向的弹性 散射束会聚于其象平面上，构成与试样组织相对应的显微象。透射 电镜的好坏，很大程度上取决于物镜的好坏。
物镜的最短焦距可达1毫米，放大倍数约为300倍，最佳分辨本 领可达1埃，目前，实际的分辨本领为2埃。
β=±25度
10
透射电镜的结构
1.电子光学部分 2.真空系统 3.供电控制系统
11
光学显微镜和电镜光路图比较
请看下页
12
光源 聚光镜 试样 物镜
中间象 目镜
毛玻璃 照相底板
电子枪 聚光镜
试样 物镜
中间象 投影镜
观察屏
照相底板
13
电镜一般是电子光学系统、真空系统和供电系统三大部分组成。
1 . 电子光学系统
选区光阑
三次像 （荧光屏）
图1-12 （a）高放大率
（b）衍射
（c）低放大率19
物镜关闭 无光阑
中间镜 （作物镜用）
.
第一实象 投影镜
.
图1-13 极低放大率象
（荧光屏）
普查象
20
3）显象部分
这部分由观察室和照相机构组成。 在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析附件。 如下图所示。
21
扫描发生仪
24
25
TEM 形貌分析
透射电镜具有很高的空间分辩能力，特别适合 纳米粉体材料的分析。
其特点是样品使用量少，不仅可以获得样品的 形貌，颗粒大小，分布，还可以获得特定区域 的元素组成及物相结构信息。
1）照明部分
（1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米钨丝作成V
或Y形状。
（2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都
是阳极接地，阴极带有负高压。
（3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象
的亮度。
阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，因此，
人们习惯上把它们通称为“电子枪”。
20
15
阴极（接 负高压） 控制极（比阴极 负100~1000伏）
阳极 电子束
聚光镜
试样
图1-11 照明部分示意图
16
2）成像放大部分 这部分有试样室、物镜、中间镜、投影镜等组成。 （1）试样室：位于照明部分和物镜之间，它的主要作用是通过
试样台承载试样，移动试样。 （2）物镜：电镜的最关键的部分，其作用是将来自试样不同点
最小电子束直径约2nm
倾转角度α=±60度
β=±30度
9
CEISS902电镜
加速电压50KV、80KV W灯丝 顶插式样品台 能量分辨率1.5ev 倾转角度α=±60度
Philips CM12透射电镜
加速电压20KV、40KV、60KV、80KV 、100KV、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
电子束
显象管 和X-Y 记录仪
扫描线圈
数据 处理
能量选择光阑
入射光阑
放大器
探测器
电子能量 分析仪
图1-14 扫描电子衍射和电子能谱分析附件示意图
22
2 . 真空系统 为了保证在整个通道中只与试样发生相互作用，而
不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子 枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空 度为 10 4~10 7毫米汞柱。
β=±25度
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
EM420透射电子显微镜
加速电压20KV、40KV、60KV、
80KV、100KV、120KV
晶格分辨率 2.04Å
点分辨率 3.4Å
我们这里先看一看一些电镜的外观图片，再就电镜共 同的结构原理和日趋普及的分析电镜的有关部分做一介绍。
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日本日立公司H－700 电子显微镜，配有双倾台 ，并带有7010扫描附件和 EDAX9100能谱。该仪器 不但适合于医学、化学、 微生物等方面的研究，由 于加速电压高，更适合于 金属材料、矿物及高分子 材料的观察与结构分析， 并能配合能谱进行微区成 份分析。
透射电子显微镜 （TEM）
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内容提要 1.透射电镜的结构 2.透射电镜的成像原理 3.电子衍射 4.透射电镜样品的制备
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目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为2~3 埃， 电压为100～500kV，放大倍数50~1200000倍。由于材料研 究强调综合分析，电镜逐渐增加了一些其它专门仪器附件， 如扫描电镜、扫描透射电镜、X射线能谱仪、电子能损分析 等有关附件，使其成为微观形貌观察、晶体结构分析和成分 分析的综合性仪器，即分析电镜。
（4）聚光镜：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，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚
光镜就是为克服这种缺陷加入的，它有增强电子束密度和再一次
将发散的电子会聚起来的作用。
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● 分 辨 率：0.34nm ● 加速电压：75KV－200KV ● 放大倍数：25万倍 ● 能 谱 仪：EDAX－9100 ● 扫描附件：S7010
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CM200-FEG场发射枪电镜
加速电压20KV、40KV、80KV、 160KV、200KV 可连续设置加速电压 热场发射枪 晶格分辨率 1.4Å 点分辨率 2.4Å 最小电子束直径1nm 能量分辨率约1ev 倾转角度α=±20度
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3 . 供电系统
透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部分， 二是供给电磁透镜的低压稳流部分。
电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。 所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和 各透镜的激磁电流。
近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作 程序控制系统和数据处理的计算机系统。
在分析电镜中，使用的皆为双物镜加辅助透镜，试样置于上下 物镜之间，上物镜起强聚光作用，下物镜起成像放大作用，辅助透 镜是为了进一步改善场对称性而加入的。
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近代高性能电镜一般都设有两 个中间镜，两个投影镜。三级 放大成像和极低放大成像,示意 图如下所示
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物 物镜 衍射谱
一次像 中间镜
二次像 投影镜
同方向同相位的弹性散射束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构 信息的散射花样或衍射花样；将来自试样同一点的不同方向的弹性 散射束会聚于其象平面上，构成与试样组织相对应的显微象。透射 电镜的好坏，很大程度上取决于物镜的好坏。
物镜的最短焦距可达1毫米，放大倍数约为300倍，最佳分辨本 领可达1埃，目前，实际的分辨本领为2埃。
β=±25度
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透射电镜的结构
1.电子光学部分 2.真空系统 3.供电控制系统
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光学显微镜和电镜光路图比较
请看下页
12
光源 聚光镜 试样 物镜
中间象 目镜
毛玻璃 照相底板
电子枪 聚光镜
试样 物镜
中间象 投影镜
观察屏
照相底板
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电镜一般是电子光学系统、真空系统和供电系统三大部分组成。
1 . 电子光学系统
选区光阑
三次像 （荧光屏）
图1-12 （a）高放大率
（b）衍射
（c）低放大率19
物镜关闭 无光阑
中间镜 （作物镜用）
.
第一实象 投影镜
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图1-13 极低放大率象
（荧光屏）
普查象
20
3）显象部分
这部分由观察室和照相机构组成。 在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析附件。 如下图所示。
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扫描发生仪
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TEM 形貌分析
透射电镜具有很高的空间分辩能力，特别适合 纳米粉体材料的分析。
其特点是样品使用量少，不仅可以获得样品的 形貌，颗粒大小，分布，还可以获得特定区域 的元素组成及物相结构信息。
1）照明部分
（1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米钨丝作成V
或Y形状。
（2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都
是阳极接地，阴极带有负高压。
（3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象
的亮度。
阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，因此，
人们习惯上把它们通称为“电子枪”。
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阴极（接 负高压） 控制极（比阴极 负100~1000伏）
阳极 电子束
聚光镜
试样
图1-11 照明部分示意图
16
2）成像放大部分 这部分有试样室、物镜、中间镜、投影镜等组成。 （1）试样室：位于照明部分和物镜之间，它的主要作用是通过
试样台承载试样，移动试样。 （2）物镜：电镜的最关键的部分，其作用是将来自试样不同点
最小电子束直径约2nm
倾转角度α=±60度
β=±30度
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CEISS902电镜
加速电压50KV、80KV W灯丝 顶插式样品台 能量分辨率1.5ev 倾转角度α=±60度
Philips CM12透射电镜
加速电压20KV、40KV、60KV、80KV 、100KV、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
电子束
显象管 和X-Y 记录仪
扫描线圈
数据 处理
能量选择光阑
入射光阑
放大器
探测器
电子能量 分析仪
图1-14 扫描电子衍射和电子能谱分析附件示意图
22
2 . 真空系统 为了保证在整个通道中只与试样发生相互作用，而
不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子 枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空 度为 10 4~10 7毫米汞柱。
β=±25度
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
EM420透射电子显微镜
加速电压20KV、40KV、60KV、
80KV、100KV、120KV
晶格分辨率 2.04Å
点分辨率 3.4Å