透射电子显微镜(TEM)详解
透射电子显微镜
透射电子显微镜透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种应用电子束来得到材料结构像的高级显微技术。
它利用电磁镜的光学原理，以及电子的波动特性，将电子束在探测物体内部透射，从而形成高分辨率的图像。
TEM 的分辨率可以达到亚微米或更小，非常适用于分析各种物质，特别是纳米材料。
TEM 的构成有两种电子透射模式，其中之一是常规TEM，工作在单一的透射透射模式下，它包括电子光源、准直器、样品室、投影仪、检测器、注册试探仪等。
另一种是扫描透射电子显微镜（STEM），它采用高速扫描的电子束来探测物体，可以进行斑点图、倒切板图片和高分辨率再现图等。
TEM 的工作原理基于电荷互作用和电磁学现象，通过电子的散射和透射来观察样品的结构。
在TEM 中，电子束首先通过准直器调节出一条射线，然后射线穿过样品后被投影到检测屏幕上。
扫描透射电子显微镜中，电子束和样品之间的交互作用会产生出二次电子，这些二次电子的分布用来表示样品的结构。
TEM 的优势在于具有极高的分辨率，可以观察到少至1 nm以下的细小结构。
其中比较常用的应用包括纳米科学、生物学、材料科学等，在纳米科学和材料科学领域中，TEM 被用于表征材料的内部结构、颗粒大小、形态、晶体结构、变化过程，以及生物学研究中的微生物、纤维、DNA、RNA和蛋白质等。
TEM 还可以为其他高级技术提供支持，例如高角度涟漪散射（高解析度X-射线衍射）技术和高设置扫描电子显微镜（高分辨扫描电子显微镜）技术。
除了高分辨率和多种样品的适用性之外，TEM 具有快速成像和低成本，可以在短时间内获取大量高质量的数据。
不过，TEM 的缺陷也首当其冲，一是样品具有毒性、易挥发和不稳定等问题，在十分苛刻的条件下观察到的长路程的二次电子会严重影响图像质量；二是其样品处理和准备要求较高，需要制备极薄的切片样品和复杂的制备工艺；三是必须在真空状态下操作，环境污染对其有很大影响。
电子行业第七章透射电子显微镜
电子行业第七章透射电子显微镜1. 引言透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种利用电子束通过物质样品来观察和分析样品内部结构的高分辨率显微镜。
它在电子行业中具有重要的应用价值。
本文将介绍透射电子显微镜的原理、组成部分、工作原理以及在电子行业中的应用。
2. 原理透射电子显微镜的工作原理主要基于电子的波粒二象性，即电子既具有波动性又具有粒子性。
透射电子显微镜通过将电子射入样品，并测量透过样品的电子束的强度和相位的变化，从而获得具有高分辨率的样品图像。
3. 组成部分透射电子显微镜主要由以下几个组成部分构成：3.1. 电子源透射电子显微镜通常使用热阴极电子枪作为电子源。
热阴极电子枪通过加热钨丝，使其发射出带有高能电子的电子束。
3.2. 透镜系统透射电子显微镜的透镜系统主要包括凸透镜和凹透镜。
这些透镜可以通过调节电磁场来聚焦或散射电子束，从而控制电子束的路径和聚焦度。
3.3. 样品台样品台是透射电子显微镜用来固定和支撑样品的平台。
样品通常是非导电材料，需要使用特殊的处理方法，例如金属镀膜，以增强电子的透射性。
3.4. 探测器透射电子显微镜的探测器用于测量透过样品的电子束的强度和相位的变化。
常用的探测器包括闪烁屏、像差补偿系统和光电倍增管。
4. 工作原理透射电子显微镜的工作原理可以分为以下几个步骤：1.电子源产生高能电子束。
2.电子束通过透镜系统进行聚焦和聚差。
3.电子束通过样品，并透过样品的部分电子被散射、吸收或透射。
4.探测器测量透过样品的电子束的强度和相位的变化。
5.根据探测器的测量结果，生成和显示样品的图像。
5. 应用透射电子显微镜在电子行业中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：5.1. 材料科学透射电子显微镜可以用于研究材料的晶体结构、晶格缺陷、纳米颗粒等。
它可以提供高分辨率的图像和成分分析结果，帮助研究人员了解材料的性质和行为。
5.2. 生物学透射电子显微镜可以用于观察生物样品的超微结构，例如细胞器、细胞核、细胞膜等。
TEM简介
透射电子显微镜技术简介透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。
通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。
一、透射电镜的成像原理如图所示，电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。
因为电子束穿透能力有限，所以要求样品做得很薄，观察区域的厚度在200nm左右。
由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别，使电子束透过样品时发生部分散射，其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上，形成第一幅反映样品微观特征的电子像。
然后再经中间镜和投影镜两级放大，投射到荧光屏上对荧光屏感光，即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅图1. 透射电镜与普通光学显微镜结构对比具有一定衬度的高放大倍数的图像。
透射电子显微镜的成像方式可表述为：1.由电子枪发射高能、高速电子束；2.经聚光镜聚焦后透射薄膜或粉末样品；3.透射电子经过成像透镜系统成像；4.激发荧光屏显示放大图像；5.专用底片/数字暗室记录带有内部结构信息的高分辨图像；二、透射电子显微镜的结构透射电镜一般是由电子光学部分、真空系统和供电系统三大部分组成。
1．电子光学部分整个电子光学部分完全置于镜筒之内，自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样品室、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、照相机构等装置。
根据这些装置的功能不同又可将电子光学部分分为照明系统、样品室、成像系统及图像观察和记录系统。
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(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(TEM)讲义
05
TEM操作与注意事项
操作步骤与技巧
01
02
03
04
准备样品
选择适当的样品，进行适当的 处理和固定，以确保观察效果 最佳。
调整仪器参数
根据观察需求，调整透射电镜 的加速电压、放大倍数等参数 ，以达到最佳观察效果。
操作步骤
按照仪器操作手册的步骤进行 操作，包括安装样品、调整焦 距、观察记录等。
技巧
定量分析方法
颗粒统计
对图像中颗粒的数量、大 小和分布进行统计，计算 颗粒的平均尺寸和粒度分 布。
电子衍射分析
利用电子衍射技术分析晶 体结构和相组成，确定晶 格常数和晶面间距。
能谱分析
通过能谱仪测定图像中各 点的元素组成和相对含量， 进行定性和定量分析。
04
TEM图像解析实例
晶体结构分析
利用高分辨的TEM图像，可以观察到晶体内部的原 子排列和晶体结构，如面心立方、体心立方或六方 密排结构等。
掌握操作技巧，如正确使用操 作杆、合理利用观察窗口等， 以提高观察效果和效率。
仪器维护与保养
定期清洁
定期对透射电镜进行清 洁，保持仪器内部和外
部的清洁度。
检查部件
更换消耗品
定期检查透射电镜的部 件，如电子枪、镜筒等，
确保其正常工作。
根据需要，及时更换透射 电镜的消耗品，如真空泵
油、电子枪灯丝等。
保养计划
在操作透射电镜时，应严格遵守操作规程， 确保仪器和人身安全。
THANK YOU
感谢聆听
80%
观察模式
根据观察目的选择不同的观察模 式，如明场、暗场、相位对比和 微分干涉等。
图像解析与解读
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02
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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。
电子行业透射电子显微镜
电子行业透射电子显微镜简介电子行业透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种高分辨率的显微镜，用于观察物质的内部结构和组成。
它通过透射电子束来观察样本的细节，能够达到亚纳米的分辨率。
在电子行业中，TEM被广泛应用于材料科学、半导体制造、纳米技术等领域。
原理与工作方式透射电子显微镜的工作原理是利用电子的波粒二象性，通过透射模式观察样本的细节。
其工作方式包括以下几个主要步骤：1.电子源：TEM使用一个电子枪产生高能电子束。
电子源一般采用热阴极或场发射电子枪，产生的电子束具有高能量和小的发散角。
2.电子透射：电子束通过样本，与样本中的原子和分子相互作用。
其中一部分电子经过样本透射出来，形成投射电子。
3.透射电子图像形成：投射电子进入透射电子显微镜的柏居里圆柱镜（beumcurie cone）或干涉器中，进行聚焦。
透射电子经过投射体系后，聚焦在聚焦屏或电子探测器上。
在此过程中，透射电子的相位和强度会受到样本的影响，在屏幕或探测器上形成透射电子图像。
4.透射电子图像处理与分析：透射电子图像可以通过数字化方式保存并进行后续处理与分析。
常用的处理方法包括增强对比度、去噪等。
透射电子图像的分析可以得到样本的晶格结构、元素分布、晶体缺陷等信息。
TEM在电子行业中的应用透射电子显微镜在电子行业中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 材料科学与纳米技术材料科学与纳米技术是TEM的主要应用领域之一。
通过透射电子显微镜的高分辨率，可以观察到材料的微观结构和纳米级别的特征。
例如，可以观察到纳米颗粒的形状、尺寸和分布，研究纳米材料的性质和制备方法。
此外，TEM还可以用于观察金属材料的晶格结构、晶体缺陷和界面结构等。
2. 半导体制造在半导体制造中，TEM被广泛应用于芯片结构的表征和研究。
透射电子显微镜可以用于观察芯片的晶体结构、晶格缺陷、界面透明度等，对芯片制造过程中的问题进行分析和解决。
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。
专业TEM分享
专业TEM分享TEM（透射电子显微镜）是一种高分辨率的显微镜技术，被广泛应用于材料科学、纳米科学、生物科学等领域。
本文将分享一些专业的TEM知识，以帮助读者更好地了解和应用TEM技术。
一、TEM的基本原理TEM通过将电子束透射样品，利用电子与样品相互作用所产生的信号进行成像和分析。
电子束经过样品后，进入电子透镜系统，最后形成被称为“透射电子显微图像”的影像。
二、TEM的成像技术1. 常规TEM成像：常规TEM成像方式下，样品处于真空中，通过透射电子枪产生的电子束透射通过样品，形成影像。
这种成像方式可以获得高分辨率的纹理和结构信息。
2. 高角度偏转成像：高角度偏转成像是一种在低放大倍数下观察样品表面特征的方法。
通过调整透射电子束的角度与样品表面垂直，可以在低放大倍数下清晰地观察样品表面的形貌和微观结构。
3. 选区电子衍射成像：选区电子衍射技术是一种利用样品晶体的晶格衍射信息进行成像的方法。
通过调节透射电子束的入射角度和位置，可以获取样品的晶体学信息，如晶格常数、晶体结构等。
三、TEM的应用1. 材料科学中的应用：TEM可以用于研究材料的微观结构、相变过程、晶格缺陷等。
例如，可以通过TEM观察金属材料中的晶界、孪晶、位错等缺陷，并研究其对材料性能的影响。
2. 纳米科学中的应用：TEM是纳米尺度下研究材料结构和性能的重要工具。
通过TEM可以直接观察到纳米粒子的形貌、大小、分布以及纳米结构的有序性等信息，并且可以对纳米材料进行成分分析和晶格分析。
3. 生物科学中的应用：TEM在生物科学研究中起着关键作用。
它可以用于观察生物大分子的结构和形貌，如蛋白质、核酸等，从而揭示生物分子的功能和相互作用方式。
此外，TEM还可以用于细胞超微结构的观察和细胞器的定位。
四、TEM样品的制备TEM样品的制备对于获得高质量的TEM图像至关重要。
常见的TEM样品制备方法包括：1. 薄膜法：将样品切割成薄片，通过薄膜夹持在TEM网格上进行观察。
透射电子显微镜(TEM)
2.样品室
样品铜网 侧插式倾斜装置 移动-选择视场 倾斜-晶体结构分析 双倾样品台
阴极（接 负高压） 栅极（比阴极 负100~1000伏）
阳极 电子束
聚光镜
试样
3.成像系统 物镜、中间镜、投影镜三级成像
作用：反映样品内部特征的透射电子转变为可 见光图像或电子衍射谱并投射到荧光屏或照 相底板上
第五章 透射电子显微镜（TEM）
TEM：波长极短电子束 电磁透镜聚焦 高分辨率 高放大倍数
透射电镜与光学显微镜比较 TEM结构：电子光学系统、真空系统、
供电系统
一、电子光学系统 1.照明系统 作用：提供亮度高、照明孔径角小、束流稳定
的照明源
组成：电子枪、聚光镜、平移对中及倾斜调节 装置
（1）电子枪 热阴极三级电子枪
阴极：发射热电子；阳极；加速阴极流
注：热电子发射源、场发射源
（2）聚光镜 作用：将有效光源会聚到样品上
控制照明孔径角、照明亮度、束斑大小
保证照射到样品上的电子束强度高、直径小、 相干性好
双聚光镜：强磁透镜，使光斑缩小
②调节总放大倍数
（3）投影镜
作用：将经中间镜放大（或缩小）的像 （或电子衍射花样）进一步放大，并投影 到荧光屏上
短焦距的强磁透镜
目前，高性能的透射电镜都采用5级透镜放 大，即中间镜和投影镜有两级
（4）成像原理
平行电子束与样品相互作用产生衍射束 经透镜聚焦后形成各级衍射谱
各级衍射谱发出的波相互干涉重新在像 平面上形成反映样品特点的像
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。
Tecani G2 型透射电子显微镜
TEM简介
透射电子显微镜技术简介透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。
通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。
一、透射电镜的成像原理如图所示，电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。
因为电子束穿透能力有限，所以要求样品做得很薄，观察区域的厚度在200nm左右。
由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别，使电子束透过样品时发生部分散射，其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上，形成第一幅反映样品微观特征的电子像。
然后再经中间镜和投影镜两级放大，投射到荧光屏上对荧光屏感光，即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅图1. 透射电镜与普通光学显微镜结构对比具有一定衬度的高放大倍数的图像。
透射电子显微镜的成像方式可表述为：1.由电子枪发射高能、高速电子束；2.经聚光镜聚焦后透射薄膜或粉末样品；3.透射电子经过成像透镜系统成像；4.激发荧光屏显示放大图像；5.专用底片/数字暗室记录带有内部结构信息的高分辨图像；二、透射电子显微镜的结构透射电镜一般是由电子光学部分、真空系统和供电系统三大部分组成。
1．电子光学部分整个电子光学部分完全置于镜筒之内，自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样品室、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、照相机构等装置。
根据这些装置的功能不同又可将电子光学部分分为照明系统、样品室、成像系统及图像观察和记录系统。
透射电子显微镜分析基础
透射电子显微镜分析基础透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)是一种高分辨率显微镜，用于观察和研究材料的超微结构。
它通过透射电子束穿透材料并在接收器上形成像，使得材料的原子尺度细节能够被精确观察。
下面是关于透射电子显微镜分析的基础知识。
1.TEM的工作原理透射电子显微镜基于电子在物质中的相互作用来实现成像。
电子束从电子枪中产生并且通过一系列透镜系统聚焦形成细致的聚焦点，然后穿过待观察的样品。
透过样品的电子束会发生散射、吸收和透射，其中透射的电子会被接收器捕获并形成图像。
2.TEM的分辨率3.透射电子显微镜的成像方式TEM有两种主要的成像方式：亮场和暗场成像。
亮场成像是通过选择透射的电子束来形成图像，适用于展示样品内部的形貌和微结构。
而暗场成像是通过选择散射的电子束来形成图像，适用于观察特殊缺陷或异质性结构。
4.透射电子显微镜的样品制备为了在TEM中观察样品，样品必须具备一定的条件。
首先，样品必须是非透明的，通常是以薄片的形式。
其次，样品必须具备足够的稳定性，以避免在电子束照射过程中发生损坏。
最后，样品表面需要进行特定的处理，以避免电荷积累或散射。
5.TEM的应用透射电子显微镜在多个领域有着广泛的应用，包括材料科学、纳米科技、生命科学等。
它可以用于观察和分析晶体的结构、薄膜的成分、纳米颗粒的形状等。
此外，TEM还可以用于研究生物分子的结构和功能，例如蛋白质和DNA的高分辨率成像。
6.TEM的限制和挑战虽然透射电子显微镜提供了高分辨率的成像能力，但它仍然面临一些限制和挑战。
首先，样品制备对于薄片的制备和特殊标记的选择需要高度技术和经验的支持。
其次，电子束照射会导致样品的辐照损伤，因此图像的解释需要谨慎处理。
此外，TEM的设备本身非常昂贵，维护和操作也需要专业的技能。
总之，透射电子显微镜是一种重要的材料科学工具，它可以提供材料的超高分辨率成像，从而更好地理解材料的微观结构和性质。
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
透射电镜成像系统的两种基本操作：
（a）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。
（b）若使中间镜的物平面与物镜的像平面重合则得到显微像。
图 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
大，在荧光屏上形成第二次成像(最终像)。在物 镜和投影镜之间还有一个中间镜，这样物镜所
形成的第一次像便经过两次放大。
图 透射电子显微镜的光路原理图
透射电子显微镜镜筒的顶部是电子枪，电子由
钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光 镜使电子束聚焦。电子束通过样品后由物镜成
像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放
图2 照明系统示意图
成像和放大系统
大多数电子显微镜采用电磁透镜放大系统，主要有物镜、中间镜、和投影镜组成。物 镜和投影镜中却装有特殊的极靴以造成短焦距，使极小区域内形成极强磁场。中间镜 有两个作用：
（1）通过改变中间镜的电流或（2）通过改变中间镜电流物平面的位置，使电镜工作于衍射模式或者成像模式。
1 透射电镜的构造
透射电子显微镜的构造主要由镜体、真空系统和电源系统 等三部分组成。 镜体又由照明系统、成像和放大系统和观察记录系统三部分组成。
照明系统
照明系统主要指发射电子的电子枪 和聚光镜。
电子枪包括阴极、阳极和栅极和 (图 1)。栅极相对于灯丝(3)的电位为负， 所以它们之间的电场使从灯丝发射出 的电子束汇聚（相反，栅极和阳极(1) 之间的电场将使电子束起发散作用）。
观察记录系统
该系统由荧光屏、照相室、双目显微镜等组成。在分析电镜中， 还有探测器和电子能量分析等附件
2
SEM成像原理
透射电子显微镜TEM简介
相位衬度
当晶体样品较薄时，可忽略 电子波的振幅变化，让透射 束和衍射束同时通过物镜光 阑，由于试样中各处对入射 电子的作用不同，致使它们 在穿出试样时相位不一，再 经相互干渉后便形成了反映 晶格点阵和晶格结构的干涉 条纹像，见图。这种主要由 相位差所引起的强度差异称 为相位衬度，晶格分辨率的 测定以及高分辨率图像就是 采用相位衬度来进行分析的。
电子与固体作用时激发的信息
电子与固体作用时激发的信息
1
样品在电 子束轰击 下产生各 种信息
透射电子
2
3
特征X射线
二次电子
4
5
俄歇电子
背散射电子等
电子与固体作用时激发的信息-透射电子
透射电子
当入射电子的有效穿透深度大于样品 厚度时，就有部分入射电子穿过样品 形成透射电子，其电流强度表示为 IT 。 该信号反映了样品中电子束作用区域 内的厚度、成分和结构，透射电子显 微镜就是利用该信号进行分析的。
需要注意的是，质厚衬度取决于试样不同 区域参与成像的电子强度的差异，而不是 成像的电子强度，对相同试样，提高电子 枪的加速电压，电子束的强度提高，试样 各处参与成像的电子强度同步增加，质厚 衬度不变。仅当质厚变化时，质厚衬度才 会变。
质厚衬度示意图
质厚衬度实例
Fe2O3纳米环
衍射衬度
试样仅由 A 、 B 两个晶粒组成，其 中晶粒A完全不满足布拉格方程的 衍射条件，而晶粒B中为化简起见 也仅由一组晶面（ hkl ）满足布拉 格衍射条件产生衍射，其他晶面 均远离布拉格条件，这样入射电 子束作用后，将在晶粒B中产生衍 生束 Ihkl ，形成衍射斑点 hkl ，而晶 粒A因不满足衍射条件，无衍射束 产生，仅有透射束I0，此时，移动 物镜光阑，挡住衍射束，仅让透 射束通过，见（a），晶粒A和B在 像平面上成像，其电子束强度分 别为IA≈I0和IB≈I0-Ihkl，晶粒A的亮 度远高于晶粒B。
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（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
(2)投影：利用真空镀膜的方法把重金属以一定的 角度沉积的试样表面，以提高图像的衬度。
常用金属：Cr、Ce、Au、Pt、Pd等 投影角度：15°~45°
暗；
C 密度越大，图像越暗。
衍射衬度
当电子束透过晶体满足布 拉格衍射条件，发生衍射。
相位衬度
相位衬度—散射波和入射波发生干涉产生的衬度。
条件：试样厚度小于10nm，细节1nm以下， 此时以相位衬度为主。
衬度与试样的关系
振幅 衬度
质厚衬度 衍射衬度
复型、粉末、切片、微晶等
结晶性试样、晶粒界面、晶格缺 陷等
透射电子显微镜就是利用透射电子成像的。
二、 透射电子显微镜工作原理
三、透射电子显微镜的组成
照明系统
成像系统
成像系统
四、衬度
衬度是图像上不同区域间明暗程度的差别。
像衬度
透射电镜像片的衬度取决于投射到荧光屏或感光 底板上不同区域的电子强度的不同。
在透射电镜中，当电子束穿透样品时，产生散射、 吸收、干涉和衍射四种物理过程。
（c）其它染色方法：
氯磺化后用乙酸双氧 铀或锇酸染色，可染CPE 和PE等；
三氟乙酸汞可染PPO 和PC等；
磷钨酸可染PA。
氯乙烯接枝CPE氯磺化后用OsO4染色
PS/PEO OsO4染色
PE/PET 不染色
OsO4染色
RuO4染色
聚丙烯/丁基橡胶共混
（4）蚀刻：通 过选择性的化学、 物理或物化作用， 把试样的部分成 分腐蚀掉，加大 聚合物试样的表 面起伏程度，以 提高图像衬度。
相位衬 菲涅尔条纹、周期结构（晶格象）、高倍率支
度
持膜等
五、电子显微镜的分辨率
人眼能观察到的最小物体： 光学显微镜的极限分辨率： 电子显微镜的极限分2nm 106
六、景深与焦深：
景深：试样在物平面沿轴前后移动而不使分辨率下降 的距离（2L），即物的空间距离。
像衬度可分为： 散射衬度 ：非晶样品衬度的主要来源 衍射衬度 ：晶体样品衬度的主要来源 相位衬度
散射衬度
聚合物透射电镜图像的衬 度主要是散射衬度，取决 于样品各处参与成像的电 子数目的多少。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。
A 样品越厚，图像越暗； B 原子序数越大，图像越
透射电子显微镜(TEM)
一、电子与物质的相互作用
入射电子 二次电子 特征X射线
背散射电子
荧光
俄歇电子
感应电导
吸收电子
试样
透射电子
电子与物质的相互作用
散射分弹性散射和非弹性散射 弹性散射:入射电子与样品原子碰撞后，电子只改
变运动方向而能量不发生变化. 非弹性散射:电子运动方向和能量同时发生变化. 透射电子：当试样的厚度小于入射电子穿透的深度 时，一部分入射电子与试样作用引起弹性散射或 非弹性散射透过试样的电子称为透射电子。
PC/MBS
SBS
方法：将切片置于密闭容器中，用2％的OsO4水溶液熏 30min，或将试样切成样条，在溶液中浸泡一周。
（2）RuO4染色：
克服了OsO4染色的局限性。对大部分聚合物都能 染色 ，对PVC、PMMA、PAN、PVF不能染色。对不同 的聚合物的染色速率不同。
PP/PS
PET/PS
方法：用2％RuO4水溶液熏15~40min。
焦深：象平面在沿轴前后移动而不使成象分辨率降低 的距离（2LM2），即象的空间距离，M为放大倍数。
七、样品制备
一、高分子试样在电镜观察时受以下几方面影响：
1、真空度 2、电子损伤 3、电子束透射能力：200KV加速电压下切片厚度应在
100nm以下。
载网
在透射电镜中，试样是放在载网上观察的，载网类似于光 学显微镜中的载玻片。透射电镜中所用载网很小，通常为 铜载网，其直径一般约为3mm，因此试样通常横向尺寸不 大于lmm。
由甘油—水溶液中得到的 尼龙—4叶脉状结晶
3、球晶：
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。
2. 薄膜样品的制备
将试样直接制成薄膜样品，能对形貌、结晶性质 及微区成分进行综合分析，还可以对这类样品进 行动态研究。直接制膜法主要有以下几种：真空 蒸发法、溶液凝固（结晶）法、离子轰击减薄法、 超薄切片法。