透射电镜分析课件
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《透射电镜图象解释》课件
实验条件设置
根据样品特性和研究目的，合理设置加速电压、工作距 离、曝光时间等参数，以确保获得高质量的电镜图象。
正确解读图象并避免误解
熟悉电镜图象特点
了解不同实验条件下的电镜图象特点， 如分辨率、衬度等，有助于正确解读图 象。
VS
避免误解
注意区分真实结构和伪影，避免将伪影误 认为是真实结构，同时也要注意排除其他 干扰因素。
CHAPTER
03
透射电镜图象解释基础
晶体结构和空间群
晶体结构
晶体是由原子或分子在三维空间周期性排列形成的固体。晶 体结构决定了物质的物理和化学性质。
空间群
空间群是描述晶体内部原子或分子排列方式的对称性。不同 的空间群具有不同的对称元素，如镜面、旋转轴和反演中心 等。
原子和分子的电子密度分布
电子密度分布
提高透射电镜图象解释的准确性和可靠性
综合多种信息
结合其他相关实验数据和文献资料，对电镜 图象进行综合分析和解释，以提高准确性和 可靠性。
建立标准化操作流程
制定详细的操作流程和规范，确保实验过程 的一致性和可重复性，从而获得更加可靠的 结果。
电子枪产生电子束，经过聚光镜和物镜的聚焦后，穿过样品到
达投影镜，最后在荧光屏幕上形成图像。
透射电镜的分辨率和放大倍数取决于各透镜的焦距和放大倍数
03 。
透射电镜的优缺点
优点
高分辨率、高放大倍数、能够观察活 细胞和细胞内部的超微结构。
缺点
样品制备复杂、价格昂贵、操作和维 护成本高。
CHAPTER
02
材料晶体结构的透射电镜图象解释，主要是利用电镜技术 观察材料的晶体结构和相变过程。通过分析图象中晶格条 纹、晶面间距等特征，可以推断出材料的晶体结构和物理 性质，为材料科学研究和应用提供重要依据。
透射电镜(TEM)原理详解(课堂PPT)
G t 36
当A、B两区不是由同一种物质组成时，衬
度不仅取决于样品的厚度差，还取决于样品的
原子序数差。
同样的几何厚度，含重原子散射作用强，
相应的明场像暗；反之，由轻原子组成的区域，
散射作用弱，相应的明场像亮．
复型样品的制备中，常采用真空镀膜投影
的方法，由于投影（重）金属或萃取第二相粒
的圆盘，圆盘面垂直于入射电
子束，并且每个入射电子射中
一个圆盘就发生偏转而离开原
入射方向；未射中圆盘的电子
则不受影响直接通过。
27
散射截面的大小
按Rutherford模型，当入射电子经过原子核附近时，
其受到核电场的库仑力-e2Z/rn2作用而发生偏转，其轨
迹是双曲线型。散射角n的大小取决于入射电子和原
0.2~0.3nm
有效放大倍数
103×
106×
物镜孔径角
约700
＜10
景深
较小
较大
焦长
较短
较长
像的记录
照相底板
照相底板
正是由于 α很小， TEM的 景深和焦 长都20很大
• TEM成像系统可以实现两种成像操作：一种是将物 镜的像放大成像，即试样形貌观察；另一种是将物 镜背焦面的衍射花样放大成像，即电子衍射分析。
度为ρ和厚度为t的样品上，若入射电子数为n，通过
厚度为dt后不参与成象的电子数为dn，则入射电子散
射率为
单个原子的散射截面
dn N dt A 0
每单位体积样品的散射面积
n
M
单位体积样品中包含的原子个数
厚度为dt的晶体总散射截面
将上式积分，得：
N
N
0
exp
《透射电镜成像分析》课件
人工智能与图像解析
总结词
透射电镜结合人工智能技术进行图像解析是 未来的发展趋势，能够提高图像解析的准确 性和效率，为科学研究提供更可靠的数据支 持。
详细描述
透射电镜获取的图像数据量庞大，人工解析 效率低下且容易出错。结合人工智能技术进 行图像解析可以提高准确性和效率，为科学 研究提供更可靠的数据支持。同时，人工智 能技术还可以用于图像识别、模式匹配等方 面，有助于科学家们更好地理解和分析透射 电镜的图像数据。
基于一系列连续的二维图像，通过图像配准和三维插值等技术， 重建出物体的三维结构。
投影与表面重建
通过透射电镜的投影数据，利用表面重建算法，得到物体的表面几 何形态。
立体视觉与深度恢复
利用双目或多目视觉原理，恢复出物体的深度信息，实现三维场景 的重建。
图像数据库与信息管理技术
图像数据存储
采用高效的数据存储方式，如分布式存储或云存储， 确保大量图像数据的可靠存储。
06
透射电镜的未来发展与挑战
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
高分辨成像技术
总结词
透射电镜的高分辨成像技术是未来发展的重要方向，能够揭示更细微的结构和分子排列，为科学研究提供更深入 的观察和分析。
详细描述
随着材料科学、生物学等领域的不断发展，对高分辨成像技术的需求越来越迫切。透射电镜的高分辨成像技术能 够捕捉到更细微的结构和分子排列，为科学家们提供更深入的观察和分析，有助于揭示物质内部的奥秘和规律。
数据索引与检索
建立图像数据的索引机制，提供快速的图像检索功能 ，便于用户快速查找所需数据。
数据安全与隐私保护
采用加密和安全传输等技术，确保图像数据的安全性 和隐私保护。
《透射电镜原理》课件
透射电镜的图像具有高分辨率， 能够清晰地展示样品的细节和结
构。
立体感强
透射电镜的图像具有很强的立体感 ，能够呈现出样品的层次感和深度 。
色彩丰富
透射电镜的图像可以通过不同的染 色技术呈现出丰富的色彩，增强视 觉效果。
透射电镜的图像解析步骤
图像获取
通过透射电镜获取样品的图像。
特征提取
从图像中提取出样品的主要特征，如细胞核 、细胞质等。
。
透射电镜的维护与保养
定期清洁透射电镜的镜筒和样品室，保持清洁度。 定期更换透射电镜的灯丝，保证电子源的正常工作。
检查透射电镜的真空系统和气体系统是否正常工作，确 保电子束传输畅通无阻。
定期进行校准和维护，确保透射电镜的各项参数准确性 和稳定性。
透射电镜的图像解
05
析
透射电镜的图像特点
高分辨率
复型样品制备
总结词
复型样品制备是为了保护原样品，将其复制成另一种材料并制成薄膜，以便在电镜中观察其微观结构 。
详细描述
复型样品制备通常采用硅橡胶、环氧树脂等材料作为基质，将原样品放置在基质中，经过聚合、固化 等步骤后，将原样品取出，留下一个与原样品相似的薄膜。制备过程中需要注意控制温度和压力，以 确保复型样品的准确性和稳定性。
冷冻样品制备
总结词
冷冻样品制备是为了保持生物样品的活 性和天然状态，将样品快速冷冻并制成 薄膜，以便在电镜中观察其微观结构。
VS
详细描述
冷冻样品制备通常采用液氮等低温介质将 生物样品迅速冷冻，然后将其转移到冷冻 切片机中进行切片。制备过程中需要严格 控制温度和切片的厚度，以确保样品的结 构和成分不受影响。同时，冷冻样品制备 还可以用于观察细胞内部的结构和动态过 程。
构。
立体感强
透射电镜的图像具有很强的立体感 ，能够呈现出样品的层次感和深度 。
色彩丰富
透射电镜的图像可以通过不同的染 色技术呈现出丰富的色彩，增强视 觉效果。
透射电镜的图像解析步骤
图像获取
通过透射电镜获取样品的图像。
特征提取
从图像中提取出样品的主要特征，如细胞核 、细胞质等。
。
透射电镜的维护与保养
定期清洁透射电镜的镜筒和样品室，保持清洁度。 定期更换透射电镜的灯丝，保证电子源的正常工作。
检查透射电镜的真空系统和气体系统是否正常工作，确 保电子束传输畅通无阻。
定期进行校准和维护，确保透射电镜的各项参数准确性 和稳定性。
透射电镜的图像解
05
析
透射电镜的图像特点
高分辨率
复型样品制备
总结词
复型样品制备是为了保护原样品，将其复制成另一种材料并制成薄膜，以便在电镜中观察其微观结构 。
详细描述
复型样品制备通常采用硅橡胶、环氧树脂等材料作为基质，将原样品放置在基质中，经过聚合、固化 等步骤后，将原样品取出，留下一个与原样品相似的薄膜。制备过程中需要注意控制温度和压力，以 确保复型样品的准确性和稳定性。
冷冻样品制备
总结词
冷冻样品制备是为了保持生物样品的活 性和天然状态，将样品快速冷冻并制成 薄膜，以便在电镜中观察其微观结构。
VS
详细描述
冷冻样品制备通常采用液氮等低温介质将 生物样品迅速冷冻，然后将其转移到冷冻 切片机中进行切片。制备过程中需要严格 控制温度和切片的厚度，以确保样品的结 构和成分不受影响。同时，冷冻样品制备 还可以用于观察细胞内部的结构和动态过 程。
透射电镜课件
第二章 电子显微分析
•聚光镜用来会聚电子枪
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。 一般都采用双聚光镜系统， 如图2-25所示。第一聚光 镜是强激磁透镜，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1～5μm；而第二聚 光镜是弱激磁透镜，适焦 时放大倍数为2倍左右。结 果在样品平面上可获得2～ 10μm的照明电子束斑。
2r
P
透镜平面
Q
R
2r 2r Df tg
如r 1nm，＝ 10－3～10－2 弧度时，Df 大 约是 200～2000nm，这就是说，厚 度小于2000 nm的试样，其间所有细 节都可调焦成象。由于电子透镜景深大， 电子透镜广泛应用在断口观察上。
P1 2Mr
第二章 电子显微分析
第二章 电子显微分析 （三）投影镜
投影镜的作用是把经中间镜放大（或缩小） 的像（电子衍射花样）进一步放大，并投影到 荧光屏上，它和物镜一样，是一个短焦距的强 磁透镜。投影镜的激磁电流是固定的。因为成 像电子束进入投影镜时孔镜角很小（约103rad）,因此它的景深和焦深都非常大。
三级放大成像示意图
第二章 电子显微分析
第二章 电子显微分析
四、电磁透镜的像差和理论分辨本领
电磁透镜成的像模糊不清，或与原物的几何形状 不完全相似，这种现象称为像差。主要包括球差、色 差、像散、畸变。 球差、像散、畸变是因为透镜磁场几何形状上的缺 陷而造成的； 色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改 变而造成的。
第二章 电子显微分析
f L1 L2 L1 L1 f f
电磁透镜成像时也可以应用上式。所不同的是，光学透镜的 焦距是固定不变的，而电磁透镜的焦距是可变的。电磁透镜 焦距f常用的近似公式为： VD
透射电镜教程PPT课件
• TEM由照明系统、成像系统、记录系统、真空系统和电器系统组成。
第5页/共35页
1. 电磁透镜
• 能使电子束聚焦的装置称为电子透镜（electron lens）
• • 电子透镜 • •
静电透镜 恒磁透镜
磁透镜 电磁透镜
第6页/共35页
（1）电磁透镜的结构
图9-3 电磁透镜结构示意图
第7页/共35页
• 动力学衍射 • 运动学衍射
第31页/共35页
一、运动学理论的基本假设
• 运动学理论是建立在运动学近似[即忽略各级衍射束(透射束为零级衍射束)之间的相互作 用]基础之上的用于讨论衍射波强度的一种简化理论。
• 其基本假设是： • ①入射电子在样品内只可能受到不多于一次的散射。 • ②入射电子波在样品内的传播过程中，强度的衰减可以忽略。即衍射波强度始终远小于
第33页/共35页
为进一步简化计算，采用两个近似处理方法：
• ①双束条件，即除直射束外只激发产生一个衍射束的成像条件。 由上述讨论可知，对薄晶体样品双束条件实际上是达不到的。实 践上只能获得近似的双束条件。因此，用于成像的衍射束应具有 较大的偏离参量，使其强度远小于直射束强度，以近似满足运动 学要求；另一方面该衍射束的强度应明显高于其它衍射束的强度， 以近似满足双束条件；
• TEM样品可分为间接样品和直接样品。
• 要求： • （1）供TEM分析的样品必须对电子束是透明的，通常样品观察区域的厚度以控制在约
100~200nm为宜。 • （2）所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些特征。因此，样品
制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。
且当选用的衍射束所对应的倒易点足够偏离厄瓦尔德球面时， 其附近的某个或某些倒易点又将靠近厄瓦尔德球面； • 另一方面，随着样品厚度的减小，倒易杆拉长，更容易产生较 强的衍射，而且样品越薄则越难完全代表大块材料的性质，所 以衍衬分析时样品通常不应制得太薄。可见，用运动学理论解 释衍衬在大多数情况下都是近似的。
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1. 电磁透镜
• 能使电子束聚焦的装置称为电子透镜（electron lens）
• • 电子透镜 • •
静电透镜 恒磁透镜
磁透镜 电磁透镜
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（1）电磁透镜的结构
图9-3 电磁透镜结构示意图
第7页/共35页
• 动力学衍射 • 运动学衍射
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一、运动学理论的基本假设
• 运动学理论是建立在运动学近似[即忽略各级衍射束(透射束为零级衍射束)之间的相互作 用]基础之上的用于讨论衍射波强度的一种简化理论。
• 其基本假设是： • ①入射电子在样品内只可能受到不多于一次的散射。 • ②入射电子波在样品内的传播过程中，强度的衰减可以忽略。即衍射波强度始终远小于
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为进一步简化计算，采用两个近似处理方法：
• ①双束条件，即除直射束外只激发产生一个衍射束的成像条件。 由上述讨论可知，对薄晶体样品双束条件实际上是达不到的。实 践上只能获得近似的双束条件。因此，用于成像的衍射束应具有 较大的偏离参量，使其强度远小于直射束强度，以近似满足运动 学要求；另一方面该衍射束的强度应明显高于其它衍射束的强度， 以近似满足双束条件；
• TEM样品可分为间接样品和直接样品。
• 要求： • （1）供TEM分析的样品必须对电子束是透明的，通常样品观察区域的厚度以控制在约
100~200nm为宜。 • （2）所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些特征。因此，样品
制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。
且当选用的衍射束所对应的倒易点足够偏离厄瓦尔德球面时， 其附近的某个或某些倒易点又将靠近厄瓦尔德球面； • 另一方面，随着样品厚度的减小，倒易杆拉长，更容易产生较 强的衍射，而且样品越薄则越难完全代表大块材料的性质，所 以衍衬分析时样品通常不应制得太薄。可见，用运动学理论解 释衍衬在大多数情况下都是近似的。
透射电镜分析PPT课件
第20页/共67页
单晶电子衍射花样的标定方法
（2）求R2比值，找出最接近的整数比，由此确定各斑点所属的衍射
晶面族RA。2 :
RB2
:
RC2
:
R
2 D
2
:
4:
6
:18
这是体心立方结构的N值。当然也可写成1:2:3:9作为简单立方结构的 比值，这是在指数化过程中经常遇到的情况。
（3） 尝试斑点的指数，最短矢量的A斑点对应的晶面族{110}共有
为电子显微镜的有效相机常数
L
rd f1
r R MiM p
第15页/共67页
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
★单晶体衍射花样 其特征是衍射斑点规则排列。在衍射斑
点花样中最基本的是简单电子衍射花样— 单晶带电子衍射花样，它是通过倒易点阵 原点的一个二维倒易面的放大像
第16页/共67页
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
复杂电子衍射花样：1.高阶劳埃带 第33页/共67页
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定
2.菊池线
第34页/共67页
第35页/共67页
第36页/共67页
Kikuchi lines
第37页/共67页
Kikuchi line formation
第38页/共67页
Kikuchi line formation More forward scattering – higher
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
第29页/共67页
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
d1
L
R1
1.9 9.38
0.202μm
d2
L
R2
单晶电子衍射花样的标定方法
（2）求R2比值，找出最接近的整数比，由此确定各斑点所属的衍射
晶面族RA。2 :
RB2
:
RC2
:
R
2 D
2
:
4:
6
:18
这是体心立方结构的N值。当然也可写成1:2:3:9作为简单立方结构的 比值，这是在指数化过程中经常遇到的情况。
（3） 尝试斑点的指数，最短矢量的A斑点对应的晶面族{110}共有
为电子显微镜的有效相机常数
L
rd f1
r R MiM p
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3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
★单晶体衍射花样 其特征是衍射斑点规则排列。在衍射斑
点花样中最基本的是简单电子衍射花样— 单晶带电子衍射花样，它是通过倒易点阵 原点的一个二维倒易面的放大像
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3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
复杂电子衍射花样：1.高阶劳埃带 第33页/共67页
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定
2.菊池线
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Kikuchi lines
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Kikuchi line formation
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Kikuchi line formation More forward scattering – higher
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
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3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
d1
L
R1
1.9 9.38
0.202μm
d2
L
R2
透射电镜分析课件
1. 通过在物镜像平面处插入一个孔径可变化的选区 光阑，让光阑的孔只套住我们感兴趣的那个微区， 那么光阑以后的成像电子束将被挡住，只有该微 区的成像电子束才能通过光阑进入中间镜和投影 镜参与成像。
2. 当把成像操作变换为衍射操作后，就可以获得选 区的电子衍射花样。在选区衍射中还应该注意选 区与衍射的不对应性。
表面与材料实验室
20
典型复型的应用
复型的典型应用 a)珠光体组织 b) 准解理断口 c)断口萃取复型
表面与材料实验室
21
减薄样品
• 复型技术只能对样品表面性貌进行复制，不能揭示晶体 内部组织结构信息，受复型材料本身尺寸的限制，电镜 的高分辨率本领不能得到充分发挥，萃取复型虽然能对 萃取物相作结构分析，但对基体组织仍是表面性貌的复 制。
表面与材料实验室
29
电子衍射原理
• 图是电子衍射示意图。
• Rd=Lλ。其中R为衍射斑点 与透射斑点的距离。d为晶 面的晶面间距，λ为入射 电子波的波长，L为样品到 底片的距离。
• 可以用于相机常数的测定， 一般用金来进行标定。
表面与材料实验室
30
多晶金的电子衍射图
表面与材料实验室
31
选区电子衍射
• 1933年，柏林大学研制出第一台电镜（点分辨率达到 50nm）
• 1939年，德国西门子公司生产出第一批商用透射电镜 （点分辨率10nm）
• 1950年 ，开始生产高压电镜（点分辨率优于0.3nm， 晶格条纹分辨率由于0.14nm）
• 1956年 ，门特(Menter)发明了多束电子成像方法，开 创了高分辨电子显微术， 获得原子象。
并能对同一微区进行衍衬成像及电子衍射研究， 把性貌信息于结构信息联系起来；
2. 当把成像操作变换为衍射操作后，就可以获得选 区的电子衍射花样。在选区衍射中还应该注意选 区与衍射的不对应性。
表面与材料实验室
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典型复型的应用
复型的典型应用 a)珠光体组织 b) 准解理断口 c)断口萃取复型
表面与材料实验室
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减薄样品
• 复型技术只能对样品表面性貌进行复制，不能揭示晶体 内部组织结构信息，受复型材料本身尺寸的限制，电镜 的高分辨率本领不能得到充分发挥，萃取复型虽然能对 萃取物相作结构分析，但对基体组织仍是表面性貌的复 制。
表面与材料实验室
29
电子衍射原理
• 图是电子衍射示意图。
• Rd=Lλ。其中R为衍射斑点 与透射斑点的距离。d为晶 面的晶面间距，λ为入射 电子波的波长，L为样品到 底片的距离。
• 可以用于相机常数的测定， 一般用金来进行标定。
表面与材料实验室
30
多晶金的电子衍射图
表面与材料实验室
31
选区电子衍射
• 1933年，柏林大学研制出第一台电镜（点分辨率达到 50nm）
• 1939年，德国西门子公司生产出第一批商用透射电镜 （点分辨率10nm）
• 1950年 ，开始生产高压电镜（点分辨率优于0.3nm， 晶格条纹分辨率由于0.14nm）
• 1956年 ，门特(Menter)发明了多束电子成像方法，开 创了高分辨电子显微术， 获得原子象。
并能对同一微区进行衍衬成像及电子衍射研究， 把性貌信息于结构信息联系起来；
第二章透射电子显微镜ppt课件
b.成像/衍射模式选择。 •投影镜：进一步放大中间镜的 像。
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也
透射电镜(TEM)PPT课件
2021/3/9
授课：XXX
2
JEM2010－透射电子显微镜
原理
透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：
1.吸收像：当电子射到质量、密密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。样品 上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。早期的透 射电子显微镜都是基于这种原理
2.衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体 各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同， 从而使衍射钵的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。 3.相位像：当样品薄至100A以下时，电子可以穿过样品，波的振幅变化可以忽略， 成像来自于相位的变化。
2021/3/9
授课：XXX
5
二：特点：以电子束作光源，电磁场作透镜。电子束波长与加速电压(通常 50~120KV)成反比。由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、 电源系统等5部分构成。分辨力0.2nm，放大倍数可达百万倍。TEM分析技术是以 波长极短的电子束作照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率（1nm）、高放 大倍数的电子光学分析技术；用电镜（包括TEM）进行样品分析时，通常有两个 目的：一个是获得高倍放大倍数的电子图像，另一个是得到电子衍射花样；TEM
常用于研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳 米粒子的粒径。是常用的纳米复合材料微观结构的表征技术之一。
2021/3/9
授课：显X微XX镜原理对比图
6
应用举例
1.元素分布分析
利用微束技术对在光学显微镜下所选区域进行扫描分析，可 获得元素的分布图（线分布、面分布、深度分布和断层）， 来比较研究元素的区域（或相）分布特征。这类分析称为元 素分布分析。
《透射电镜实验》课件
时发现和解决问题。
实验后的清洁与维护
01
实验结束后，应按照实 验室规定正确处理废弃 物和废液。
02
对仪器设备进行清洁和 维护，确保其正常运行 和使用寿命。
03
对实验室进行清洁和整 理，保持实验室整洁和 卫生。
04
对实验数据进行整理和 分析，总结实验结果和 经验教训，提高实验效 果和质量。
05
透射电镜的应用与发展前景
02
电子束通过样品时，会发生散射和吸收，形成明暗 不同的影像。
03
透射电镜的分辨率取决于电子束的波长和电磁透镜 的焦距。
透射电镜的结构组成
电磁透镜
聚焦和成像。
检测器
接收电子束并转换 为可见光信号。
电子枪
产生电子束。
样品台
放置样品。
显示器
显示样品图像。
02
透射电镜实验操作程
样品制备
01
样品选择
透射电镜在科学研究中的应用
生物学研究
透射电镜常用于观察生物样品 内部的超微结构，如细胞器、
细胞膜、病毒等。
医学研究
透射电镜在医学领域中用于研 究疾病的发生机制、药物作用 机制以及细胞和组织的损伤与 修复过程。
材料科学
透射电镜在材料科学中用于观 察金属、陶瓷、高分子等材料 的微观结构，研究材料的性能 和制备工艺。
《透射电镜实验》PPT课件
• 透射电镜简介 • 透射电镜实验操作流程 • 透射电镜实验结果分析 • 透射电镜实验注意事项与安全防范 • 透射电镜的应用与发展前景
01
透射电镜简介
透射电镜的发展历程
1931年
透射电镜的分辨率达到了 100nm，能够观察到细菌大小 的物体。
1980年代
实验后的清洁与维护
01
实验结束后，应按照实 验室规定正确处理废弃 物和废液。
02
对仪器设备进行清洁和 维护，确保其正常运行 和使用寿命。
03
对实验室进行清洁和整 理，保持实验室整洁和 卫生。
04
对实验数据进行整理和 分析，总结实验结果和 经验教训，提高实验效 果和质量。
05
透射电镜的应用与发展前景
02
电子束通过样品时，会发生散射和吸收，形成明暗 不同的影像。
03
透射电镜的分辨率取决于电子束的波长和电磁透镜 的焦距。
透射电镜的结构组成
电磁透镜
聚焦和成像。
检测器
接收电子束并转换 为可见光信号。
电子枪
产生电子束。
样品台
放置样品。
显示器
显示样品图像。
02
透射电镜实验操作程
样品制备
01
样品选择
透射电镜在科学研究中的应用
生物学研究
透射电镜常用于观察生物样品 内部的超微结构，如细胞器、
细胞膜、病毒等。
医学研究
透射电镜在医学领域中用于研 究疾病的发生机制、药物作用 机制以及细胞和组织的损伤与 修复过程。
材料科学
透射电镜在材料科学中用于观 察金属、陶瓷、高分子等材料 的微观结构，研究材料的性能 和制备工艺。
《透射电镜实验》PPT课件
• 透射电镜简介 • 透射电镜实验操作流程 • 透射电镜实验结果分析 • 透射电镜实验注意事项与安全防范 • 透射电镜的应用与发展前景
01
透射电镜简介
透射电镜的发展历程
1931年
透射电镜的分辨率达到了 100nm，能够观察到细菌大小 的物体。
1980年代
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★单晶体衍射花样 其特征是衍射斑点规则排列。在衍射斑
点花样中最基本的是简单电子衍射花样— 单晶带电子衍射花样，它是通过倒易点阵 原点的一个二维倒易面的放大像
透射电镜分析
3.单晶体和多晶体电子衍射花 样指数标定
其中各衍射斑点对应的倒易点指数如下图
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
电子衍射花样的许多几何特征都可借助倒易点阵平 面加以说明，利用其性质可使单晶花样分析工作大为 简化。
L不能象电子衍射仪那样简单的计算为试样至底
片的距离，而应根据后焦面上衍射斑点被放大的 倍数，折算成衍射仪相机长度，成为有效相机长
度L′.
透射电镜分析
电子显微镜中的电子衍射
令图中O′P′距离为r,则
rf1tg22f1sin
再利用布拉格公 式，得到
rd f1
透射电镜分析
电子显微镜中的电子衍射
r 经过中间镜和投影镜放大后在底片上的距离 R为
(110)，(101)，(011)，(110 )，(101 )， ( 011)， (110 ) (101) ( 011) (110 ) (10 1) ( 011)
， ，，，，。 可以任选一指数，这样就有12种选法。
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
（4）按矢量运算求出C和D的指数：
RC＝RA＋RB 因为：hC＝hA＋hB，kC＝kA＋kB，lC＝lA+lB 所以可求得C和D。 （5）对求出的指数继续用N和 校核 NChC 2kC 2，lC 2与实际R2比值所得N值相比较；并对斑 点指数化是否自洽进行检验。
透射电子显微镜
透射电镜分析
电子束与物质的相互作用
X 射线 轫致辐射 阴极发光 俄歇电子
电子 探针
入 射 电 子 束
样品
透射电子
二次电子 反射电子 吸收电子
衍射电子
俄歇电 子谱仪
透射 电镜
透射电镜分析
扫描 电镜
透射电子显微镜的主要功能
• 成像： 明场像，暗场像 格子像，原子像
• 衍射
透射电镜分析
电子衍射
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
（2）求R2比值，找出最接近的整数比，由此确定各斑点所属的衍射晶面族。 R A 2:R B 2:R C 2:R 2 D2:4:6:18
这是体心立方结构的N值。当然也可写成1:2:3:9作为简单立方结构的比值， 这是在指数化过程中经常遇到的情况。
（3） 尝试斑点的指数，最短矢量的A斑点对应的晶面族{110}共有12个晶 面(包括正反符号)：
2．标准花样对照法
如果我们预先画出各种晶体点阵主要晶带的倒易平面，以此作 为不同入射条件下的标准花样，则实际观察、记录的衍射花样 可以直接通过与标准花样对照，写出斑点指数和晶带轴方向。 一般书中给出面心立方、体心立方和密排六方晶体的几个主要 低指数的零层倒易平面，但在实际研究中常常出现其他晶带指 数的衍射花样，这时掌握标准花样的作图方法就显得尤为重要。
⑵衍射角很小，衍射线集中在前方
⑶倒易点被拉长为倒易杆，倒易杆 方向垂直于薄膜厚度
★以上三个原因决定使得电子束相对 晶体任何取向，在倒易原点附近都 会有许多倒易杆与球面接触或交截， 从而可以得到许多衍射线。衍射线 的方向为连接球心和倒易杆与球的 交点，如图所示
透射电镜分析
透射电镜分析
透射电镜分析
透射电镜分析
透射电镜分析
1tings 2
relative intensity(cps)
220 311 222
400 420
331
422
20
40
60
80
100
2
X射线衍射
多晶电子衍射 单晶电子衍射
透射电镜分析
电子衍射花样的分析包括两个方面：
透射电镜分析
[001]
[011]
[111]
透射电镜分析
[012]
单晶电子衍射花样的标定方法
在标定衍射花样时，尝试-校核法具有普遍性，它不仅适用 于立方晶系的晶体，而且适用于任何晶系的晶体，但是它的计 算量大，比较繁琐，标准花样对照法就弥补了这一缺点。但是 一般书中只给出少数几个结构类型的、有限的几个低指数晶带 的标准花样，往往不能满足实际研究的需要；而要作出不同结 构类型的不同晶带的标准花样，就需要花费大量的时间。因此， 对于这两种方法存在的问题，借助电子计算机是最好的解决方 法。
RrMiMp 即
r R M iM p
其中，M i 为 中 间 镜 放 大 倍 数 ； M p 为 投 影 镜 放 大 倍 数
透射电镜分析
电子显微镜中的电子衍射
所以
RdL
rd f1
其中
L f1MiMp
r R M iM p
即为电子显微镜的有效相机长度，称
为电子显微镜的有效相机常数
L
透射电镜分析
3.单晶体和多晶体电子衍射花 样指数标定
相机长度
R tg2 2
L
2dsin2d
R tg 2 L
R
Ld
透射电镜分析
d L
R
(a)第一幅衍射花样的形成和
(b)三透镜衍射方式原理图
选区电子衍射原理 透射电镜分析
（不考虑磁转角）
电子显微镜中的电子衍射
★有效相机常数 电镜中的衍射花样是物镜后焦面的衍射斑点经 过几级透镜放大后在底片上成的像，则相机长度
1）衍射几何：电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点的位置； 2）衍射强度：即电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点的强度。
从衍射几何方面的分析可获得大量的晶体 学信息， 本部分重点讨论衍射斑点的形成原理与其 物理意义。
透射电镜分析
电子衍射与电子衍射仪
★薄晶体的电子衍射特征：
⑴厄瓦尔球半径比倒易矢量大几十 倍
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
1．尝试-校核法
单晶花样指数化方法
由照片的负片描制的花样示意及其 透射电镜分析指数化(相机常数K＝1.41 mm•nm)
单晶电子衍射花样的标定方法
(1) 选择靠近中心斑点而且不在一条直线上的几个 斑点A、B、C、D。测量R值分别为
RA=7.1 mm，RB＝10.0 mm RC＝12.3 mm，RD＝21.5 mm； R矢量之间夹角的测量值为： RA与RB约90º，RA与RC约55º，RA与RD约71º。
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
（6）求晶带轴[uvw]。
在电子衍射分析中，可用两个不共线的斑点(h1k1l1)和 (h2k2l2)求出晶带轴方向。由晶带定律，用行列式表示：
u:v:w =
k1 l1 : l1 h1 : h1 k1 k2 l2 l2 h2 h2 k2
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
点花样中最基本的是简单电子衍射花样— 单晶带电子衍射花样，它是通过倒易点阵 原点的一个二维倒易面的放大像
透射电镜分析
3.单晶体和多晶体电子衍射花 样指数标定
其中各衍射斑点对应的倒易点指数如下图
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
电子衍射花样的许多几何特征都可借助倒易点阵平 面加以说明，利用其性质可使单晶花样分析工作大为 简化。
L不能象电子衍射仪那样简单的计算为试样至底
片的距离，而应根据后焦面上衍射斑点被放大的 倍数，折算成衍射仪相机长度，成为有效相机长
度L′.
透射电镜分析
电子显微镜中的电子衍射
令图中O′P′距离为r,则
rf1tg22f1sin
再利用布拉格公 式，得到
rd f1
透射电镜分析
电子显微镜中的电子衍射
r 经过中间镜和投影镜放大后在底片上的距离 R为
(110)，(101)，(011)，(110 )，(101 )， ( 011)， (110 ) (101) ( 011) (110 ) (10 1) ( 011)
， ，，，，。 可以任选一指数，这样就有12种选法。
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
（4）按矢量运算求出C和D的指数：
RC＝RA＋RB 因为：hC＝hA＋hB，kC＝kA＋kB，lC＝lA+lB 所以可求得C和D。 （5）对求出的指数继续用N和 校核 NChC 2kC 2，lC 2与实际R2比值所得N值相比较；并对斑 点指数化是否自洽进行检验。
透射电子显微镜
透射电镜分析
电子束与物质的相互作用
X 射线 轫致辐射 阴极发光 俄歇电子
电子 探针
入 射 电 子 束
样品
透射电子
二次电子 反射电子 吸收电子
衍射电子
俄歇电 子谱仪
透射 电镜
透射电镜分析
扫描 电镜
透射电子显微镜的主要功能
• 成像： 明场像，暗场像 格子像，原子像
• 衍射
透射电镜分析
电子衍射
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
（2）求R2比值，找出最接近的整数比，由此确定各斑点所属的衍射晶面族。 R A 2:R B 2:R C 2:R 2 D2:4:6:18
这是体心立方结构的N值。当然也可写成1:2:3:9作为简单立方结构的比值， 这是在指数化过程中经常遇到的情况。
（3） 尝试斑点的指数，最短矢量的A斑点对应的晶面族{110}共有12个晶 面(包括正反符号)：
2．标准花样对照法
如果我们预先画出各种晶体点阵主要晶带的倒易平面，以此作 为不同入射条件下的标准花样，则实际观察、记录的衍射花样 可以直接通过与标准花样对照，写出斑点指数和晶带轴方向。 一般书中给出面心立方、体心立方和密排六方晶体的几个主要 低指数的零层倒易平面，但在实际研究中常常出现其他晶带指 数的衍射花样，这时掌握标准花样的作图方法就显得尤为重要。
⑵衍射角很小，衍射线集中在前方
⑶倒易点被拉长为倒易杆，倒易杆 方向垂直于薄膜厚度
★以上三个原因决定使得电子束相对 晶体任何取向，在倒易原点附近都 会有许多倒易杆与球面接触或交截， 从而可以得到许多衍射线。衍射线 的方向为连接球心和倒易杆与球的 交点，如图所示
透射电镜分析
透射电镜分析
透射电镜分析
透射电镜分析
透射电镜分析
1tings 2
relative intensity(cps)
220 311 222
400 420
331
422
20
40
60
80
100
2
X射线衍射
多晶电子衍射 单晶电子衍射
透射电镜分析
电子衍射花样的分析包括两个方面：
透射电镜分析
[001]
[011]
[111]
透射电镜分析
[012]
单晶电子衍射花样的标定方法
在标定衍射花样时，尝试-校核法具有普遍性，它不仅适用 于立方晶系的晶体，而且适用于任何晶系的晶体，但是它的计 算量大，比较繁琐，标准花样对照法就弥补了这一缺点。但是 一般书中只给出少数几个结构类型的、有限的几个低指数晶带 的标准花样，往往不能满足实际研究的需要；而要作出不同结 构类型的不同晶带的标准花样，就需要花费大量的时间。因此， 对于这两种方法存在的问题，借助电子计算机是最好的解决方 法。
RrMiMp 即
r R M iM p
其中，M i 为 中 间 镜 放 大 倍 数 ； M p 为 投 影 镜 放 大 倍 数
透射电镜分析
电子显微镜中的电子衍射
所以
RdL
rd f1
其中
L f1MiMp
r R M iM p
即为电子显微镜的有效相机长度，称
为电子显微镜的有效相机常数
L
透射电镜分析
3.单晶体和多晶体电子衍射花 样指数标定
相机长度
R tg2 2
L
2dsin2d
R tg 2 L
R
Ld
透射电镜分析
d L
R
(a)第一幅衍射花样的形成和
(b)三透镜衍射方式原理图
选区电子衍射原理 透射电镜分析
（不考虑磁转角）
电子显微镜中的电子衍射
★有效相机常数 电镜中的衍射花样是物镜后焦面的衍射斑点经 过几级透镜放大后在底片上成的像，则相机长度
1）衍射几何：电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点的位置； 2）衍射强度：即电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点的强度。
从衍射几何方面的分析可获得大量的晶体 学信息， 本部分重点讨论衍射斑点的形成原理与其 物理意义。
透射电镜分析
电子衍射与电子衍射仪
★薄晶体的电子衍射特征：
⑴厄瓦尔球半径比倒易矢量大几十 倍
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
1．尝试-校核法
单晶花样指数化方法
由照片的负片描制的花样示意及其 透射电镜分析指数化(相机常数K＝1.41 mm•nm)
单晶电子衍射花样的标定方法
(1) 选择靠近中心斑点而且不在一条直线上的几个 斑点A、B、C、D。测量R值分别为
RA=7.1 mm，RB＝10.0 mm RC＝12.3 mm，RD＝21.5 mm； R矢量之间夹角的测量值为： RA与RB约90º，RA与RC约55º，RA与RD约71º。
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法
（6）求晶带轴[uvw]。
在电子衍射分析中，可用两个不共线的斑点(h1k1l1)和 (h2k2l2)求出晶带轴方向。由晶带定律，用行列式表示：
u:v:w =
k1 l1 : l1 h1 : h1 k1 k2 l2 l2 h2 h2 k2
透射电镜分析
单晶电子衍射花样的标定方法