电子显微镜(1)
物理实验技术中的电子显微镜操作技巧
物理实验技术中的电子显微镜操作技巧电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）是一种采用电子束替代传统光线的显微镜，它能够以极高的分辨率观察到微观世界中的细微结构。
在物理实验中，电子显微镜常常被用于材料科学、生物学、纳米科学等领域的研究。
然而，由于其高精密的操作要求，正确的操作技巧对于获取准确的结果至关重要。
本文将介绍一些在电子显微镜操作过程中常用的技巧和注意事项。
首先，准备工作是使用电子显微镜前的关键一步。
在操作过程中，保持干净的工作环境对于避免灰尘和杂质的干扰非常重要。
因此，操作者应该戴上手套、实验服，并确保使用的样品、刀片和显微镜的各个部分都是干净的。
其次，样品的制备是电子显微镜操作中的重要环节。
样品的制备过程需要注意避免空气氧化和静电的产生。
在制备金属样品时，可以使用金属切片机将样品切片成薄片。
然后，使用溶液或整形仪将切片的样品清洗、整形，以确保样品表面的平整度。
接下来是装载样品进入显微镜的过程。
在装载之前，要确保样品本身是导电的，可以通过在样品表面蒸发一层导电薄膜来实现。
装载样品时，要小心操作，以避免样品受损或移位。
最好将样品放置在清洁的显微镜载物台上，并使用夹具或粘性胶带将其固定。
电子显微镜的对焦和聚焦是显微镜最关键的部分之一。
在进行聚焦之前，操作者需要确认样品是否与电子束足够接近。
对于低放大倍数下的样品，最好使用大范围扫描，以便找到样品的位置。
然后，逐渐调整焦距，直到在显微镜视野中能够清晰地看到样品。
在操作过程中，操作者还要注意电子显微镜的放大倍数。
不同的操作目的需要不同的放大倍数。
一般来说，低放大倍数适合观察样品的整体形貌，而高放大倍数适用于观察样品的细节结构。
操作者需要根据实验需求选择合适的放大倍数，同时要注意调整曝光时间和对比度，以获得清晰、饱满的图像。
此外，操作者还应当注意控制电子束的时间和强度。
过度暴露可能会导致样品受到辐射损伤，不足则会导致图像的亮度不足。
衍射花样分析-1电子显微镜
*
四方晶系
R2比值系列中常出现1:2的情况
六角晶系
R2比值系列中常出现1:3的情况
*
2.多晶衍射花样的分析方法
当样品为已知时： 测量衍射斑点到透射斑点之间的距离R1,R2,R3,…Rj …； 计算R2 以及Rj2/R12；利用R2比值递增规律确定点阵类型,以及各衍射环对应的晶面指数{HKL}; 利用电子衍射公式Rd=Lλ，计算各衍射环d值；确认各衍射环的{HKL}。
*
倒易矢量r *= ha*+ kb*+lc*的两个基本性质:
r *的方向与(HKL)晶面垂直; r *的大小等于晶面间距的倒数.
*
晶体结构
消光条件(F=0)
简单立方
无消光现象
面心立方
H,K,L奇偶混杂
体心立方
H+K+L=奇数
倒易阵点的权重---结构因子
*
三、电子衍射花样的形成
Hale Waihona Puke 2q2q2q入射束
16.26
19.14
N
3
4
8
11
12
16
19
{HKL}
111
200
220
311
222
400
331
d(Å)
2.355
2.039
1.442
1.230
1.177
1.020
0.9358
K=Rd(mmÅ)
14.79
14.82
14.83
14.82
14.79
14.91
14.85
金蒸发膜的多晶电子衍射花样
3. 仪器常数的标定
R和1/d存在简单的正比关系:
电子显微镜的使用方法
电子显微镜的使用方法引言：电子显微镜（electron microscope）是一种采用电子束来观察和研究微观结构的高分辨率仪器。
它能够提供比光学显微镜更高的放大倍数和更好的分辨率，因此广泛应用于生物学、物理学、材料科学等领域。
本文将介绍电子显微镜的使用方法，以帮助读者更好地掌握这一技术。
一、准备工作：在使用电子显微镜之前，我们需要进行一些准备工作。
首先，确保工作区域干净整洁，以防止灰尘等杂质进入到显微镜中影响观察效果。
其次，需要确保所有的相关设备和配件都完好无损，并进行必要的调试和校准。
二、样品处理：在观察样品之前，我们通常需要对样品进行一些处理，以便更好地展示其微观结构。
常见的处理方法包括固定、切片、染色等。
固定可以保持样品的形状和结构，切片可以将样品切成适当的大小和形状，染色可以增强样品的对比度，使其更易于观察。
三、样品加载：将处理后的样品装载到电子显微镜中是使用该仪器的关键步骤之一。
通常，我们将样品放置在一个称为样品台的平台上，并使用夹具或夹具将其固定在台上。
在放置样品之前，要确保样品台干净，避免灰尘和杂质对实验的干扰。
四、电子束调节：电子束的调节是使用电子显微镜的核心环节。
首先，我们需要调节电子束的亮度，确保其能够提供足够的亮度来观察样品。
然后，我们需要调节电子束的聚焦，使其能够聚焦在样品上。
调节亮度和聚焦可以通过控制显微镜上的按钮和旋钮来完成，需要一定的经验和技巧。
五、观察和记录：在电子束调节完成后，我们可以开始观察样品并记录所得的观察结果。
电子显微镜通常提供高倍和低倍观察模式，可以根据需求进行切换。
观察时，需要调整焦距和对比度，以获得清晰和具有对比度的图像。
同时，可以使用显微镜上的拍照功能将观察到的结果记录下来，便于后续的研究和分析。
六、数据分析和解释：在观察和记录完样品后，我们通常需要对所得的数据进行分析和解释。
电子显微镜所得的图像可以使用图像处理软件进行增强和修饰，以提取更多有关样品的信息。
电子显微镜的使用方法
电子显微镜的使用方法电子显微镜是一种高端的显微镜设备，它能够以高分辨率观察微观世界中的细微结构和微观形态。
在科研、医学、材料学等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍电子显微镜的使用方法，帮助您更好地掌握这一高端设备的操作技巧。
首先，使用电子显微镜前需要注意安全事项。
在操作电子显微镜时，应穿戴防护眼镜、手套等个人防护用具，避免发生意外伤害。
另外，还需注意设备的电源和电压情况，确保设备处于正常工作状态。
接下来，正确的样品处理是使用电子显微镜的关键。
首先，将样品切割成合适的尺寸，并使用适当的固定剂固定样品，以保持其原始形态。
接着，将样品放置在电子显微镜的样品台上，并调整好样品的位置和角度，保证样品能够被电子束充分照射。
在样品处理完成后，就可以进行电子显微镜的调试和操作了。
首先，打开电子显微镜的电源，待设备预热完成后，调节加速电压和电子束的对焦，使其能够清晰地照射在样品上。
然后，通过调节透射电镜的对焦和放大倍数，观察样品的微观结构和形态。
在观察过程中，可以通过调节对比度、亮度等参数，使样品的细节更加清晰。
除了观察样品的微观结构外，电子显微镜还可以进行成分分析和能谱分析。
通过调节仪器的参数，可以获取样品的成分信息和元素分布情况，为后续分析提供重要数据支持。
最后，使用完电子显微镜后，需要做好设备的清洁和维护工作。
首先，关闭电子显微镜的电源，并将样品从样品台上取下。
然后，用干净的软布轻轻擦拭样品台和透射电镜的镜片，保持设备的清洁。
另外，定期对电子显微镜进行维护保养，如清洁真空室、检查电子束的稳定性等，以保证设备的正常使用。
总的来说，电子显微镜是一种高端的显微镜设备，使用方法相对复杂，但只要掌握了正确的操作技巧，就能够准确地观察样品的微观结构和形态。
希望本文介绍的电子显微镜使用方法能够对您有所帮助，让您能够更好地应用这一高端设备进行科研和实验工作。
电子显微镜操作步骤
电子显微镜操作步骤
一、开机：打开空气开关，打开主机钥匙开关，启动电脑软件。
二、放样：按压AIR键解除真空，轻轻拉出样品仓放入样品(取出样品或查看样品)，关上样品仓后按压EVAC键抽真空。
三、选择真空模式和观测探头：真空模式可选择高真空和低真空模式；观测探头可选择二次电子探头或背反射探头。
不能选择在低真空模式下的背反射探头。
四、观测及图像调节：首先设定样品台高度、选择电压；选择合适的放大倍数观察样品。
首先进行合轴调节：包括机械合轴和电器合轴。
然后聚焦，消除像散，选一个区域，调整至最佳状态。
最后调整亮度和对比度。
五、图像搜集：选择拍照模式，捕获照片。
结束后关掉高压。
六、记录存储：把最终捕获的图像记录名称、日期等存入已建好的文件夹中。
七、关机：首先把样品台降低，按压AIR键解除真空，轻轻拉出样品仓取出样品，关上样品仓后按压EVAC键抽真空。
最后退出软件，关掉电脑，关掉钥匙开关和空气开关。
电子显微镜样品制备与观察电子显微镜样品制备[1]
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电子显微镜样品制备与观察电子显微 镜样品制备[1]
2 支持膜的制备
（1）将玻璃条、250ml烧杯洗净，玻璃条先用纱 布擦干，然后再用绸布用力反复擦净，250ml烧 杯装满蒸馏水；
（2）将玻璃条放入0.2~0.3%聚乙烯醇缩甲醛的氯 仿溶液中2~4cm深，停留3~5s后提出，在空气 中自然干燥；
2 放入样品：按程序放入样品。 3 加高压：有下列几档可选 40KV、60KV、
80KV 、100KV，若需高压应先加低压。选择 加速电压原则：电压越高，分辨率越高，反差 越小；反之，电压越低分辨率越低，反差越大。
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电子显微镜样品制备与观察电子显微 镜样品制备[1]
4 加灯丝电源：顺时针旋转至限位处（加灯丝电 源必须有高压存在），此时应看到图象，若不 能看到图象，请与专职人员联系，切勿随意调 整各旋钮。 5 观察:调整放大倍数、亮度、样品 XY平移、焦距进行观察。
（五）实验要求 1 所用器具、工具保持清洁干燥； 2 手上若沾有环氧树脂，用丙酮棉球擦去； 每人包埋2～3个样品块。
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电子显微镜样品制备与观察电子显微 镜样品制备[1]
三、修快与支持膜的制备
（一）实验目的 1 掌握超薄切片包埋块修快的方法； 2 掌握支持膜制备的方法。 （二）实验原理 见理论部分 （三）实验材料 上次实验包埋的材料
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电子显微镜样品制备与观察电子显微 镜样品制备[1]
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再见，see you again
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2020/11/28
电子显微镜样品制备与观察电子显微 镜样品制备[1]干燥
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电子显微镜成像规律(5条)：
电子显微镜成像规律(5条)：电子显微镜成像规律1. 电子显微镜利用电子束取代了光束，因此可以实现更高的分辨率。
根据电子波的性质，我们可以得出以下成像规律：- 分辨率与电子波长成反比关系。
电子波长越短，分辨率越高，可以观察到更小尺寸的细节。
- 焦距与电子波长成正比关系。
电子波长较短时，需要较小的焦距才能实现聚焦。
2. 电子显微镜中的透镜系统起到聚焦和放大的作用。
根据透镜系统的原理，我们可以得出以下成像规律：- 放大倍数与物镜焦距、目镜焦距之比成正比关系。
增加物镜焦距或减小目镜焦距，可以获得更大的放大倍数。
- 聚焦距离与透镜焦距成反比关系。
聚焦距离越小，物体与透镜的距离越近，放大倍数越大。
3. 电子显微镜中的电子束由电子枪发射。
根据电子枪的工作原理，我们可以得出以下成像规律：- 电子束的亮度与电子枪的电流强度成正比关系。
增加电流强度可以增加电子束的亮度，提高成像质量。
- 电子束的聚束与电子枪的电压差成正比关系。
增加电压差可以增加电子束的聚束能力，获得更清晰的成像。
4. 电子显微镜中的样品需要被制成极薄的切片。
根据样品制备的原则，我们可以得出以下成像规律：- 样品的厚度与成像的细节呈反比关系。
样品越薄，能够清楚地观察到更多细节。
- 样品的制备质量与成像的清晰度成正比关系。
制备质量越高，样品的表面质量越好，得到的成像越清晰。
5. 电子显微镜的成像过程中需要避免或减少电子束与空气中的分子发生相互作用。
根据这一原则，我们可以得出以下成像规律：- 电子束与空气中的分子相互作用会导致散射和吸收，降低成像的质量。
因此，电子显微镜在成像过程中需要在真空或低真空环境下进行。
以上是电子显微镜成像中的五条基本规律，了解这些规律有助于有效地操作和解读电子显微镜所得到的图像。
电子显微镜和扫描电镜的区别【一文搞懂】
电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。
另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm 左右的超薄切片。
这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。
电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由照明系统、成像系统、真空系统、记录系统、电源系统5部分构成，如果细分的话：主体部分是电子透镜和显像记录系统，由置于真空中的电子枪、聚光镜、物样室、物镜、衍射镜、中间镜、投影镜、荧光屏和照相机。
电子显微镜是使用电子来展示物件的内部或表面的显微镜。
高速的电子的波长比可见光的波长短（波粒二象性），而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的理论分辨率（约0.1纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约200纳米）。
透射电子显微镜和扫描电子显微镜的区别如下：1、结构差异：主要体现在样品在电子束光路中的位置不同。
透射电镜的样品在电子束中间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁透镜继续放大电子光束，最后投影在荧光屏幕上;扫描电镜的样品在电子束末端，电子源在样品上方发射的电子束，经过几级电磁透镜缩小，到达样品。
当然后续的信号探侧处理系统的结构也会不同，但从基本物理原理上讲没什么实质性差别。
2、基本工作原理：透射电镜：电子束在穿过样品时，会和样品中的原子发生散射，样品上某一点同时穿过的电子方向是不同，这样品上的这一点在物镜1-2倍焦距之间，这些电子通过过物镜放大后重新汇聚，形成该点一个放大的实像，这个和凸透镜成像原理相同。
这里边有个反差形成机制理论比较深就不讲，但可以这么想象，如果样品内部是绝对均匀的物质，没有晶界，没有原子晶格结构，那么放大的图像也不会有任何反差，事实上这种物质不存在，所以才会有这种仪器存在的理由。
扫描电镜：电子束到达样品，激发样品中的二次电子，二次电子被探测器接收，通过信号处理并调制显示器上一个像素发光，由于电子束斑直径是纳米级别，而显示器的像素是100微米以上，这个100微米以上像素所发出的光，就代表样品上被电子束激发的区域所发出的光。
SEM(1)
固体样品中还会产生例如阴
极荧光、电子束感生电效应
等信号，经过调制后，也可用于专门的分析。
2. 扫描电子显微镜构造和工作原理
三个基本组成部分：
1、电子光学系统 2、信号收集处理
图像显示和记录系统
（2）韧窝断口
韧窝的边缘类似尖棱，亮度较大，韧窝底部较平坦，图像亮度较低。 有些韧窝的中心部位有第二相小颗粒，能激发出较多的二次电子，所以 这种颗粒较亮。
解 理 断 口
复合材料断口
2、样品表面形貌
（1）烧结体烧结 自然表面观察 a为晶粒细小的 正方相。 b为晶粒尺寸较 大的立方相。 c细小的晶粒为 正方相，大的晶 粒为立方相。
被装在样品下方的电子检测器所检测，这些电子
叫做透射电子。
五、特征X射线
当样品原子的内层电子被入射电子激发，外层电子 将向内层跃迁，发射出特征X射线。
根据探测到的特征X射线的波长，可以判定这个微 区中存在着相应的元素。
六、俄歇电子
如果原子内层电子能级跃迁过程所释放的能量，不 是以特征X射线的方式辐射，而是把其他电子激发， 逸出样品表层（图1－11）
0 nm 作用体积内逸出表面的二次电子数量增多。
2）若样品表面倾余45°，电 子束穿入样品激发二次电子的 有效深度增加到 2 倍，逸出 据上述原理画出二次电 表面的二次电子数量增多（见 貌衬度的示意图 黑色区域）。 图12-9为根据上述原理画出的造 成二次电子形貌衬度的示意图。 B面倾斜最小，二次电子产额最 少，亮度最低 C面倾余度最大，亮度也最大。
Al2O315%ZrO2陶瓷
电子显微1-电磁透镜
电磁透镜
几何光学系统中物像关系（凸透镜）
显微镜的基本结构
0 样品 1 第一次成像，倒立的实像M1 2 第二次成像，正立的虚像M2
多个薄透镜叠加增加放大倍数 M=M1 x M2 x M3 x „
可以通过多个透镜叠加来无 限制地放大样品物点吗？
圆孔的夫琅禾费衍射示意图（a）和衍射圆斑（b）
1923-1926年，三项重要发现推动了电子显微镜的发明
德布罗意
电子的波粒二象性的设想 电子波长的表达式 m－电子质量， v－电子速度， h－普朗克常数,
加速电压20万伏，电 子波长为0.005纳米
薛定谔方程：电子波在电磁场中的运动方程，阐明了电子的传播动力
学轨迹与光学系统的概念相对应的事实，提出光波可经透镜聚焦，电 子束也可以聚焦
A
B
电子在阳极附近，如B点：
F→Fz,Fr (Fr背离对称轴的方向) 发散作用。 但由于电子的速度已经很大，故发散作用较小。
衍射圆斑中以第一暗环为周界的中央亮斑的光强度约占通过透镜总光 强的百分之八十以上，这个中央亮斑被称之为埃里斑。
分辨率
由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成 一B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠的太近，过分重叠， 图象就模糊不清。 B B2 d 强度 B1 A 点O1
2 2 2 2 2
2
则，计算电子的波长为：
h mv h eV 2eVm0 1 2 2m0 c 12.25 V 1 0.9785 106 V
电子波长（经相对论较正）
加速电压(kV) 电子波长(nm) 加速电压(kV) 电子波长(nm) 1 10 20 30 50 0.0388 0.0122 0.00859 0.00698 0.00536 80 100 200 500 1000 0.00418 0.0037 0.00251 0.00142 0.00087
电子显微技术(1)
电子显微技术(1)
总述：
• 电子显微镜有很多类型，主要有透射电子 显微镜(简称透射电镜，TEM)和扫描电子显 微镜(简称扫描电镜，SEM)两大类。扫描透 射电子显微镜(简称扫描透射电镜，STEM)则 兼有两者的性能。
电子显微技术(1)
总述：
The comparison picture of scanning electron microscope and transmission electron microscope
电子显微技术(1)
主要内容：
• TEM——透射扫描电镜 • SEM——扫描电子显微镜 • STM——扫描遂道显微镜 • AFM——原子力显微镜 • ESEM——环境扫描电镜 • STEM——扫描透射电镜 • FESEM——场发射扫描电镜 • SEAM——扫描电声显微镜
电子显微技术(1)
TEM——照明系统
• 照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。 • 电子枪是发射电子的照明光源。 • 聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而
成的交叉点进一步会聚后照射到样品上。 • 照明系统的作用就是提供一束亮度高、照
明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明 源。
电子显微技术(1)
TEM——电子枪
电子显微技术(1)
TEM——透射电镜的结构
• 图5-11是透射电镜的 外观照片。
• 通常透射电镜由电子 光学系统、电源系统、 真空系统、循环冷却 系统和控制系统组成， 其中电子光学系统是 电镜的主要组成部分。
04-电子显微分析-SEM和EPMA(1-SEM)
16
第一章讲过基本工作原理
闪烁计数器由闪烁体、光导管和光电倍增管组成。
信号电子进入闪烁体后产生光信号 光信号通过光导管送入光电倍增管，把光信号转化成
电信号输出并进行放大 电信号经视频放大器放大后，调制显像管的亮度，从
而获得图像。
二次电子和背散射电子可以同用一个探测器探测
二次电子运动轨迹
背散射电子运动轨迹
し——电子束在样品表面扫描的幅度 L——在荧光屏上同步扫描的幅度
由于SEM的荧光屏尺寸L是固定不变的，因此，放 大倍率M的变化是通过改变电子束在试样表面的 扫描幅度し来实现的。
例: 荧光屏的宽度L＝100mm时，电子束在样品表 面扫描幅度し＝5mm，放大倍数M＝L/し=20。 如果し＝0.05mm，放大倍数就可提高到2000倍。
M有效＝人眼分辨本领／仪器分辨本领
例:人眼分辨率为0.2mm，仪器分辨率为5nm，则有效放大 率M＝(0.2106nm)/5nm=40000倍。如果选择高于40000 倍太多的放大倍率，不会增加图像细节，只是虚放，一 般无实际意义。
分辨率 场深 放大倍数
SEM的分辨率 对微区成分分析而言，它是指能分辨的最小区域； 对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。 分辨率是扫描电子显微镜主要性能指标。
利用对试样表面原子序数（或化学成分）变化敏感的 物理信号作为显像管的调制信号，可以得到原子序数 衬度图像。
在原子序数衬度像中，原子序数（或平均原子序数） 大的区域比原子序数小的区域更亮
背散射电子像、吸收电子像的衬度都包含原子序数衬度
3、电压衬度：由于试样表面电位差别而形成的衬度。 利用对试样表面电位状态敏感的信号（如二次电子）作 为显像管的调制信号，可得到电压衬度像。
电子显微镜原理
电子显微镜原理电子显微镜（Electron Microscope）是一种用电子束来观察样品的显微镜。
相比光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数，能够观察更小、更细微的结构。
一、基本原理电子显微镜的基本原理是利用电子的波粒二象性。
与可见光不同，电子具有波长较短的特点，因此电子显微镜可以观察到更小的细节。
电子显微镜主要由电子枪、电磁透镜系统、样品台和检测器组成。
首先，电子枪通过加热阴极产生高速电子。
然后，这些电子被加速电场加速，形成电子束，通过电磁透镜系统聚焦到样品上。
样品与电子束相互作用后，产生一系列的相干和不相干散射电子。
最后，这些散射电子被检测器收集，转化为图像。
二、扫描电子显微镜（SEM）原理扫描电子显微镜是电子显微镜的一种类型，它通过扫描电子束并检测反射电子来生成高分辨率的表面形貌图像。
在扫描电子显微镜中，电子束被聚焦到非常细小的尺寸，并沿预定的方式在样品表面扫描。
当电子束照射到样品表面时，样品会产生一系列的反射电子。
这些反射电子被检测器捕捉，经过信号处理后形成图像。
三、透射电子显微镜（TEM）原理透射电子显微镜是另一种常见的电子显微镜类型，它通过透射电子来观察样品的内部结构。
在透射电子显微镜中，电子束经过极细的样品切片后射向检测器。
透射过程中，电子束会被样品内部的原子和晶格结构散射，形成干涉和衍射效应。
通过收集和处理经过样品透射的电子，最终形成高分辨率的内部结构图像。
四、电子显微镜的应用电子显微镜在科学研究、医学诊断、材料分析等领域有广泛的应用。
在材料科学中，电子显微镜可以观察材料的晶体结构、表面形貌和化学成分，帮助科学家研究材料性质和改进材料性能。
在生物学中，电子显微镜可以观察细胞和病毒的内部结构，揭示生物体的微观细节，对疾病的诊断和治疗提供重要依据。
在纳米科技领域，电子显微镜可以帮助科学家观察纳米材料的形貌和性质，探索纳米尺度下的奇特现象和新领域。
总结起来，电子显微镜利用电子的波粒二象性，通过聚焦、扫描和检测等技术，实现对样品的高分辨率观测。
电子显微镜原理
电子显微镜原理电子显微镜是一种利用电子束来取代光束的显微镜，它可以在更高的分辨率下观察样本。
电子显微镜原理主要基于电子的波粒二象性和电子与物质相互作用的原理。
在电子显微镜中，电子束通过样本时会发生散射、透射等现象，这些现象被用来生成样本的影像。
本文将介绍电子显微镜的基本原理及其工作过程。
首先，电子显微镜的工作原理基于电子的波粒二象性。
根据德布罗意波长公式，电子的波长与其动量成反比，因此高速电子的波长非常短。
相比之下，光的波长在可见光范围内，远大于电子的波长。
这就意味着，电子具有更高的分辨率，可以观察到更小尺度的结构。
其次，电子与物质的相互作用也是电子显微镜原理的关键。
当电子束穿过样本时，会与样本中的原子核和电子发生相互作用，包括散射、透射、吸收等现象。
这些相互作用会导致电子束的能量损失和偏转，从而产生散射电子、透射电子等。
通过探测这些与电子-样本相互作用相关的信号，可以获得样本的结构和成分信息。
在电子显微镜中，有两种常用的成像模式，即透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。
在TEM中，电子束穿过样本后形成透射电子，通过透射电子成像得到样本的内部结构信息。
而在SEM中，电子束在样本表面产生散射电子，通过探测这些散射电子来获取样本表面的形貌和成分信息。
两种成像模式各有优势，可以用来观察不同尺度和性质的样本。
除了成像模式，电子显微镜还可以进行能谱分析和衍射分析。
能谱分析是通过探测样本散射电子的能量来确定样本的成分和化学状态，从而获得元素分布和化学信息。
而衍射分析则利用电子束与晶体结构相互作用的衍射现象，可以确定样本的晶体结构和晶面间距。
总的来说，电子显微镜利用电子的波粒二象性和电子与物质的相互作用原理，可以实现对样本更高分辨率的观察和分析。
它在材料科学、生物学、纳米技术等领域发挥着重要作用，为人们深入理解微观世界提供了有力的工具。
电子显微镜原理：电子束与样本相互作用
电子显微镜原理：电子束与样本相互作用电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）是一种使用电子束来观察微观结构的显微镜。
与光学显微镜不同，电子显微镜使用电子而不是可见光，能够获得更高的空间分辨率。
以下是电子显微镜的基本原理，主要集中在电子束与样本相互作用的方面：1. 电子束的产生：电子显微镜使用电子枪产生高速电子束。
电子枪中的热阴极或场发射阴极产生电子，然后通过电场和磁场聚焦成一束电子。
2. 电子束的聚焦：通过磁透镜和电透镜，电子束被聚焦成一个细小的束流。
这种聚焦作用使得电子显微镜具有极高的空间分辨率，可以观察到微观尺度的细节。
3. 电子束与样本的相互作用：透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）：电子束穿透样本，样本中的不同区域对电子的散射程度不同。
根据电子的透射情况，形成投影图像。
通过调整电子束的透射程度，可以获得不同深度的截面图像，实现对样本内部结构的高分辨率观察。
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）：电子束扫描样本表面，与样本表面的原子产生相互作用。
样本表面的原子会发射出不同的信号，包括二次电子、反射电子、和吸收电子等。
这些信号被检测并用于形成样本表面的图像，从而实现对样本表面形貌的高分辨率观察。
4. 图像的形成：检测器捕捉样本与电子束相互作用产生的信号，并将其转化为电子显微镜图像。
这些图像展示了样本的微观结构，提供了高分辨率的表面或截面信息。
电子显微镜的优势在于其极高的空间分辨率，使其能够观察到微观世界中更小尺度的结构。
由于电子具有较短的波长，因此电子显微镜能够克服光学显微镜在分辨率上的限制。
这使得电子显微镜在材料科学、生物学、纳米技术等领域中得到广泛应用。
电子显微镜的原理和技术
电子显微镜的原理和技术电子显微镜（Electron Microscope）是一种利用电子束代替光线来观察样品表面或内部构造的显微镜。
它能够提供比光学显微镜更高的放大倍数和更高的分辨率，使得科学家们能够探究更小的特征和微观世界的奥秘。
在本文中，我们将探讨电子显微镜的原理和技术。
一、电子显微镜的原理电子显微镜的原理可以追溯到20世纪30年代，当时的物理学家们开始探索比光线更小的粒子（即电子）发生散射的现象。
通过精密的真空加工和电学控制，他们最终开发出了电子显微镜。
电子显微镜原理的核心在于电子束的使用。
电子显微镜的探测器是放置在物样与电子束之间，接受探测样品反射的探测器发射电流并转化为电子信号；这些信号被传输给一个电子注入控制器，它制造一个图像通过控制探测的电子束；这个图像可以被记录下来，或立即传输到互联网上。
通常，电子显微镜具有比光学显微镜更高的分辨率。
这是因为电子波的波长比可见光波长更短，可以更精确地探测样品。
二、电子显微镜的技术电子显微镜技术的利用可以分为两个主要步骤。
首先需要准备适当的样品，其次需要建立适当的电子束和探测系统。
样品制备是电子显微镜技术中一个非常重要的步骤。
样品必须足够薄或透明来通过电子束，同时具有足够的结构以生产可变形的电子反射。
许多样品需要特殊处理，如薄片切割，金属净化，表面涂层或化学处理，以使它们能够提供清晰的图像。
这个过程可以使用各种技术来完成。
切片技术、离子制备技术、溅射、电子束热蒸、电动机械制备等技术。
除了样品制备外，正确的电子束和探测系统也是获得高质量图像的关键。
电子用于束扫描的装置或设备（例如电子枪，光栅等）必须被严格地控制和调整，以便产生最佳图像结果。
加速电压、聚焦、共焦、扫描线等参数对影响图像结果起着重要作用。
在电子显微镜技术的发展中，还出现了一些增强技术，比如能谱分析和高分辨成像技术。
这些技术使得电子显微镜在材料科学、化学、生物学和医学等领域有更广泛的应用。
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与光学显微镜的比较（2）
10－2000 换镜头
(5)放大倍数 10－1百万,连续可调
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
6
与光学显微镜的比较（3）
(6)景深
1000倍时30um
1000倍时0.1um 机械聚焦
(7)聚焦原理 电子聚焦
(8)图象特点 黑白灰度
彩色或黑白 2000A
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
5
电磁透镜的景深和焦长（3）
（2）焦长 当透镜焦距和物距一定时，像平面 沿轴向一定距离内移动，也会引起失 焦。但如果所引起的失焦尺寸不大于 其他原因所引起的散焦斑大小，则对 透镜的分辨率没有影响。 DL＝2 Δγ0M2/α 一般的电镜焦长都超过10-20cm。 因此，只要图象在显示屏上是清晰 的，那么在屏的上下10cm范围放置胶 片，得到的图象依然是清晰的。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
4
电磁透镜的缺陷（6）
由于上述像差的存在， 虽然电子波长只有光波 长的十万分之一左右，但尚不能使电磁透镜的分 辨率提高十万倍。 目前还不能制造出无像差的大孔径角的电磁透 镜，而只能采用很小的孔径角尽可能减小球差等 缺陷的影响。电磁透镜的分辨本领只比光学透镜 提高一千倍左右。
4
电磁透镜的缺陷（3）
（2）像散 像散是由于透镜的磁场轴向不对称所引起的一种像差。 磁场不同方向对电子的折射能力不一样，电子经透镜后形 成界面为椭圆状的光束，是圆形物点的像变成了一个漫射 圆斑。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
4
电磁透镜的缺陷（4）
（3）色差 色差是由于成像电子的能量或波长不同而引起的一种 像差。能量大的电子在距透镜中心比较远的地点聚焦，而 能量较低的电子在距透镜中心比较近的地点聚焦。结果使 得由同一物点散射的具有不同能量的电子经透镜后不再会 聚于一点，而是在像面上形成一漫射圆斑。
1
电子显微镜的发展简史（2）
电子显微镜的诞生，首先在医学生物上得到 应用，随后用于金属材料研究。 1949年海登莱西（Heidenreich）第一个用 透射电镜观察了用电解减薄的铝试样； 50年代开始，电镜直接观察到位错层错等以 前只能在理论上描述的物理现象； 1970年日本学者首次用透射电镜直接观察到 重金属金的原子近程有序排列，实现了人类两 千年来直接观察原子的夙愿。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
6 电子显微镜的构成（1）
（1）扫描电子显微镜
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
6 电子显微镜的构成（2）
（2）透射电子显微镜
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
6 电子显微镜的构成（3）
（3）电子探针
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
6
与光学显微镜的比较（1）
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
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电磁透镜（2）
电子在磁场中的运动：
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
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电磁透镜（3）
运动电子在磁场中受到Lorentz力作用，其表达式为：
式中：e-运动电子电荷； v-电子运动速度矢量； B-磁感应强度矢量； F-洛仑兹力 。 显然，F的方向垂直于矢量v和B所决定的平面，力的 方向可由右手法则确定。
第三部分 电子显微分析
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
1 电子显微镜的发展简史 2 电子波的波长
3 电磁透镜
4 电磁透镜的缺陷 5 电磁透镜的景深和焦长 6 电子显微镜的构成 7 与光学显微镜的比较
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
1
电子显微镜的发展简史（1）
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
1
电子显微镜的发展简史（6）
这说明，显微镜的分辨率取决于可见光的波长，而可 见光的波长范围为3900 - 7600A，故而光学显微镜的 分辨率不可能高于2000A。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
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电子显微镜的发展简史（7）
为进一步提高分辨率，唯一的可能是利用短波长的射 线。 例如用紫外线（<400nm）作光源，分辨率可提高一 倍。 曾有人提出利用射线，当时在技术上比较困难，至 今仍没有很大发展。但电子的波动性被发现后，很快就 被用来作为提高显微镜分辨率的新光源，即出现了电子 显微镜。目前电子显微镜的放大倍数已达到数十万倍， 这是光学显微镜所无法达到的。下面来计算电子束的波 长。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
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电磁透镜（1）
我们知道，光学显微镜是利用玻璃透镜使可见光聚焦 成像的。 电子和可见光不同，它是一带电粒子，不能凭借光学 透镜会聚成像。 电子显微镜可以利用电场或磁场使电子束聚焦成像， 其中用静电场成像的透镜称为静电透镜，用电磁场成像的 称为电磁透镜。 由于静电透镜从性能上不如电磁透镜，所以在目前研 制的电子显微镜中大都采用电磁透镜。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
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电磁透镜的缺陷（2） （1）球差
球差是由于电磁透镜中心区域和边缘区域对电子会聚能 力不同而造成的。 远轴电子通过透镜时被折射得比近轴电子要厉害得多， 因而有同一物点散射的电子经过透镜后不交在一点上，而 是在透镜相平面上变成了一个漫射圆斑。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
2
电子波的波长（1）
已知电子束具有波动性，对于运动速度为v，质量为m 的电子波的波长为： 电子的速度v和加速电压U之间存在下面的关系 即 由此得 带入h=6.62×10-34J.S, m=9.11×10-31kg， e=1.60×10-19c 后，得
=h/mv
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与光学显微镜的比较（4）
光学透射、反射、干涉像
(9)主要图象 透射电子像 二次电子像 背散射电子像 吸收电子像 X射线面扫描像 X射线线扫描像 (10)主要附件 电子衍射装置 特征X射线波谱仪 特征X射线能谱仪 俄歇电子谱仪 …
偏光、反光、锥光…
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第一章 电子显微镜基本原理
作业
1 电子波的特征及与可见光的异同。 2 电子透镜的像差。 3 电子显微镜景深大的原因及用途。
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电子显微镜的发展简史（4）
光学显微镜的局限性
任何显微镜的用途都是将物体放大，使物体上的细微 部分清晰地显示出来，帮助人们观察用肉眼直接看不见 的东西。 假如物体上两个相隔一定距离的点，利用显微镜把他 们区分开来，这个距离的最小极限，即可以分辨的两个 点的最短距离称为显微镜的分辨率，或称分辨本领。 人的眼睛的分辨本领为0.5mm左右。一个物体上的两 个相邻点能被显微镜分辨清晰，主要依靠显微镜的物镜。 假如在物镜形成的像中，这两点未被分开的话，则无论 利用多大倍数的投影镜或目镜，也不能再把它们分开。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
3
电磁透镜（5）
如图是一常用的电磁透镜剖面图。磁力线围绕短线圈呈环 状。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
3
电磁透镜（6）
以上表明电磁透镜与光学玻璃凸透镜具有相似的聚焦性质。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
4
电磁透镜的缺陷（1）
电子波波长用这样短波长 的电子波做显微镜的照明源，根据 Δγ0=0.61λ/（nsinα）计算，显微镜的最小 分辨率可达0.02A左右，然而到目前为止， 电镜的最佳分辨率仍停留在1-2A的水平，这 是因为电磁透镜存在球差，像散及色差等各 种缺陷----像差。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
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电子显微镜的发展简史（5）
根据光学原理，两个发光点的分辨距离为：
r0：两物点的间距； λ：光线的波长； n：透镜周围介质的折射率； Nsinα：数值孔径，用N.A表示。 将玻璃透镜的一般参数代入上式，即最大孔径半角 α=70-75 ，在介质为油的情况下， n ＝ 1.5, 其数值孔径 nsinα＝1.25-1.35，上式可化简为：
Df＝ 2 Δγ0/α 2Δγ0 ：为电磁透镜的分辨本领， α：为孔径半角。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
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电磁透镜的景深和焦长（2）
因此，电磁透镜的孔径半角 越小，景深越大。 一般电磁透镜的α＝10－2－10 －3 rad，因此 Df＝(2002000)Δγ0
若Δγ0＝10A， 则 Df＝2000——20000A 即电子显微镜对于高度相差在 2000A的物体，可以同时聚焦 在成像平面上。
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
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电子显微镜的发展简史（3）
电子显微镜包括以下三种类型的仪器：
扫描电子显微镜：用于微形貌观察、显微成 （SEM） 分分析 透射电子显微镜：用于微结构分析、微形貌 （TEM） 观察 电子探针：微区成分分析、显微形貌观察 （EPMA）
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
v为电子运动的速度，c为光速。
m＝m0/[1-(v/c)2]1/2
波长与电压的计算公式应校正为
＝12.25/[U(1+0.9788×10-6U)]1/2
电子显微分析
第一章 电子显微镜基本原理
2
电子波的波长（3）
加速电压与电子波长的关系如下表所示：
可见，只要能使加速电压提高到一定值就可得到很短 的电子波。正是这一原因，用高压加速电子就成为近代电 镜的最重要特点，用这样的电子波作为照明源就可显著提 高显微镜的分辨本领。问题是能否制造出使电子波聚焦成 像的透镜。