第二章TEM原理与结构new.

光阑
第一、二聚光镜 样品臂 物镜 中间镜
观察窗
荧光板
投影镜 观察室
TEM剖面图
底片盒
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一、 电子光学系统
（一）、电子枪 1、电子枪结构
1) 自给偏压式三极电子枪 阴极：尖端发射电子 栅极：控制电子束形状和发射强度 阳极：加速电子、调节电子波长
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电 子 枪 典 型 结 构 的 主 要 部 件 图
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1．转子 2．泵体壁 3．刮片 4．排气阑 5空隙 6．吸入
旋转刮片式低压真空泵截面图
2.
油
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扩
散 泵
（10-6
----10-7Torr）
3. 高真空的必要性
电镜要求在高真空下工作的原因：
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1）电子在平均自由程内，应不与任何粒子发生碰撞， 不被散射，可“自由地”到达荧光屏，否则使电子发 生散射，引起 “弦 光”并降低成像的反差。 2）电子枪负高压引起残余气体分子电离和放电，导致 电子束不稳 定或产生“闪烁”现象。
二、真空系统
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一般采用方式：二级真空系统， 由机械泵预抽真空再由机械泵和 油扩散泵抽至高真空
1.机械泵工作原理
真空度：10-2----10-3Torr 1Torr＝1mmHg=1/760大气压＝133.3Pa 760—10Torr 粗真空 10－10－3Torr 低真空 10－3－10－8Torr 高真空 10－8Torr以下 超高真空
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第二章 透射电镜的结构与成像原理
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第一节 透射电镜的结构
一、电子光学系统 二、真空系统 三、供电系统(电子学系统)
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TEM的基本构造
三大部分
电子光学系统 真空系统 供电系统
电镜的组成(一）
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电镜的组成（二）
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高压电缆 生物电子显微技术 电子枪室
Hr：磁场 强度的径向 分量
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Fz∝r
r
Hz：轴 向分量
1-3
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几何光学作图法
3、TEM的磁透镜
Baidu Nhomakorabea控制孔径角
第一级聚光镜C1：短焦距强磁透镜 第二级聚光镜C2：长焦距弱磁透镜
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1). 聚光镜 ：汇聚电子束，控制束斑的大小
2). 物镜
作用：形成样品第一级放大的像; 改变其焦距f，对象进行精确聚焦. 类型：短焦距强磁透镜
3).与物镜相关的装置
A.物镜极靴 B.物镜可动光阑 C.物镜消像散器
消除像散，提高物镜分辨率
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保证磁场的轴对称，防止磁饱和,减少磁场能量的浪费
30，50，70 µ m
控制物镜孔径角、减小球差 、增强像的反差
D.物镜的散热装置
维持物镜低恒温，减少物镜热漂移
30，50，70 µ m
电子束
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防污染装置
入射电子 样品 冷 阱
空心圆孔
铜块（-100~-150°C）
（四）、观察和记录装置
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– 观察装置 » 荧光板 （<100µ ,余辉适中） » 观察窗 （含铅） » 双目显微镜（10倍，长焦距） – 记录装置 » 照相室、曝光操纵杆、自动曝 光装置
3）灼热的灯丝遇到气体会受到腐蚀而容易断裂，减少 灯丝寿命，甚至烧断。
4）残余气体聚集到样品和光阑上会污染样品表面，增 加像散，再次降低像的质量。 所以为了提高图像质量、延长灯丝寿命必须使电镜 的镜筒达至一定的真空度。
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第一级实像
中间镜 20X 第二级实像 投影镜 100X 最终像
（三）、样品室
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1）位置：聚光镜和物镜之间 2）作用：更换样品，承载样品，移动样品 3）组成：样品载体，样品架，样品台，样品移动
机构，空气闭锁装置，防污染装置
4）结构分类： 顶落式：样品台在物镜激励线圈上方，样品架
由上而下落入物镜中，稳定度高，可以获得高分 辨率图像。 侧插式：样品台在物镜激励线圈下方，样品架 由上侧面进入物镜中，结构复杂可以获得最短物 镜焦距，常采用
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电 子 束 形 成 示 意 图
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I
T
灯丝加热温度和发射电流之间的关系
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1、电子枪结构
2) 场发射电子枪
阴极：钨丝针尖阴极，其曲率半径 1000Å ～2000Å。 第一阳极：相对于阴极有一正压， 引发阴极场发射并控制发射电流强 度。 第二阳极：加速电子、调节电子波 长
极靴
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电 磁 线 圈
电 磁 线 圈
物镜极靴纵面图
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带极靴的磁透镜
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4). 中间镜和投影镜
中间镜
类型：长焦距弱透镜
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倍率可变 M<20，
可设二级
作用：第二次放大图象、控制总放大倍数
投影镜
类型： 短焦距强透镜，可设二级
作用：第三次放大图象
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2、电子枪从材料可以分为：
1). 钨丝阴极：热电子发射, 最小交叉斑直径 10~50µ m , 寿命20－25h,最长约200h 2). LaB6阴极：低温热电子发射亮度高, 寿命约 1000h
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(二)、磁电子透镜
1、磁透镜的汇聚作用 2、汇聚作用结论： »磁透镜总是汇聚透镜 »磁场稍有变化，焦距f则有较大变化,磁 场强度越强焦距越短透镜的放大倍数越 高。（焦度1/f∝Hz2)，且 1 ( NI ) 2 K f V »电子加速电压越高，电子速度越快，电 子越不被易折射，焦距f就越长
总放大倍数：M总=MO MI MP
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其中：
MO：物镜放大倍数 MI ：中间镜放大倍数 MP：投影镜放大倍数
物 镜：Objective Lens (OL) 中间镜：Intermediate Lens (IL) 投影镜：Projector Lens (PL)
样品
物镜 100X
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场发射式电子枪
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场发射电子枪特点：亮度高；交叉光
斑小，直径1 µ m，最小30－100Å；能量 分散小；寿命长，给定寿命2000小时 （实际可用3年左右）；分辨率高，高 分辨率的TEM和SEM都采用。
名词：
场发射：在金属表面加上极强的电场之后，金属
表面势垒降低,在隧道效应的作用下，金属内部的 自由电子穿过势垒从金属表面发射出来，向真空飞 去，这种物理现象称为场发射