透射电子显微分析.pptx
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第二篇透射电子显微分析PPT课件
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。
15
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材料现代测试方法 分析
❖ 透射电镜的成像原理
能谱
透射电子显微
衍射
在TEM中，怎么样得到这些信息？
物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约为X射 线一万倍，曝光时间短。
19
第19页/共50页
材料现代测试方法 分析
透射电子显微
电子衍射的不足之处
电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者产生交 互作用，使电子衍射花样，特别是强度分析变得复杂， 不能象X射线那样从测量衍射强度来广泛的测定结构。
此外，散射强度高导致电子透射能力有限，要求试样 薄，这就使试样制备工作较X射线复杂；在精度方面也远 比X射线低。
透射电子显微
3
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材料现代测试方法 分析
光源
聚光镜
试样 物镜
中间象 目镜
电子镜 聚光镜
试样 物镜
中间象 投影镜
透射电子显微
毛玻璃
观察屏
光学显微镜和电镜光路图比较
4
第4页/共50页
材料现代测试方法
透射电子显微
分析
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。
电子光学系统
从结构上看，透射电镜和光学透镜非常类似，根据其功能 的不同可分为以下几部分：
20
第20页/共50页
材料现代测试方法 分析
透射电子显微
电子衍射花样的分类
1）斑点花样：平行入射束与单晶作用产生斑点状花样； 主要用于确定第二象、孪晶、有序化、调幅结构、取向 关系、成象衍射条件；
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。
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材料现代测试方法 分析
❖ 透射电镜的成像原理
能谱
透射电子显微
衍射
在TEM中，怎么样得到这些信息？
物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约为X射 线一万倍，曝光时间短。
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材料现代测试方法 分析
透射电子显微
电子衍射的不足之处
电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者产生交 互作用，使电子衍射花样，特别是强度分析变得复杂， 不能象X射线那样从测量衍射强度来广泛的测定结构。
此外，散射强度高导致电子透射能力有限，要求试样 薄，这就使试样制备工作较X射线复杂；在精度方面也远 比X射线低。
透射电子显微
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材料现代测试方法 分析
光源
聚光镜
试样 物镜
中间象 目镜
电子镜 聚光镜
试样 物镜
中间象 投影镜
透射电子显微
毛玻璃
观察屏
光学显微镜和电镜光路图比较
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材料现代测试方法
透射电子显微
分析
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。
电子光学系统
从结构上看，透射电镜和光学透镜非常类似，根据其功能 的不同可分为以下几部分：
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材料现代测试方法 分析
透射电子显微
电子衍射花样的分类
1）斑点花样：平行入射束与单晶作用产生斑点状花样； 主要用于确定第二象、孪晶、有序化、调幅结构、取向 关系、成象衍射条件；
第九章透射电子显微分析
60
第四节 TEM的典型应用及其它功能简介
一、TEM的典型应用 1.形貌观察
晶粒(颗粒)形状，形态，大小，分布等 2.晶体缺陷分析
线缺陷：位错（刃型位错和螺型位错） 面缺陷：层错 体缺陷：包裹体 表面、界面（晶界、粒界）等 3.组织观察 晶粒分布、相互之间的关系，杂质相的分布、与主晶相的 关系等 4.晶体结构分析、物相鉴定（电子衍射） 5.晶体取向分析（电子衍射）
34
（1）高阶劳埃区电子衍射谱
用途:
(a)对称入射 (b)不对称入射
高阶劳埃区衍射谱示意图
可以提供许多重要的晶体学信息， 如： • 测定电子束偏离晶带轴方向的微 小角度 • 估算晶体样品的厚度 • 求正空间单胞常数 • 当两个物相的零阶劳埃区斑点排 列相同时，可利用二者高阶劳埃区 斑点排列的差异，鉴定物相。
场发射枪的电子发射是通过外加电场将电子从枪尖拉出来实现的。 由于越尖锐处枪体的电子脱出能力越大，因此只有枪尖部位才能发射 电子。
15
会聚/发散角
热电子枪示意图
灯丝和阳极间加高压，栅极偏压起会聚电子束的作用，
使其形成直径为d0、会聚/发散角为0的交叉
16
双聚光镜照明系统光路图
17
3. 成像系统
二、直接样品的制备
粉末和晶体薄膜样品的制备。
1.粉末样品制备 关键：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。
二、构造
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。 1. 电磁透镜 能使电子束聚焦的装置称为电子透镜（electron lens）
第四节 TEM的典型应用及其它功能简介
一、TEM的典型应用 1.形貌观察
晶粒(颗粒)形状，形态，大小，分布等 2.晶体缺陷分析
线缺陷：位错（刃型位错和螺型位错） 面缺陷：层错 体缺陷：包裹体 表面、界面（晶界、粒界）等 3.组织观察 晶粒分布、相互之间的关系，杂质相的分布、与主晶相的 关系等 4.晶体结构分析、物相鉴定（电子衍射） 5.晶体取向分析（电子衍射）
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（1）高阶劳埃区电子衍射谱
用途:
(a)对称入射 (b)不对称入射
高阶劳埃区衍射谱示意图
可以提供许多重要的晶体学信息， 如： • 测定电子束偏离晶带轴方向的微 小角度 • 估算晶体样品的厚度 • 求正空间单胞常数 • 当两个物相的零阶劳埃区斑点排 列相同时，可利用二者高阶劳埃区 斑点排列的差异，鉴定物相。
场发射枪的电子发射是通过外加电场将电子从枪尖拉出来实现的。 由于越尖锐处枪体的电子脱出能力越大，因此只有枪尖部位才能发射 电子。
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会聚/发散角
热电子枪示意图
灯丝和阳极间加高压，栅极偏压起会聚电子束的作用，
使其形成直径为d0、会聚/发散角为0的交叉
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双聚光镜照明系统光路图
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3. 成像系统
二、直接样品的制备
粉末和晶体薄膜样品的制备。
1.粉末样品制备 关键：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。
二、构造
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。 1. 电磁透镜 能使电子束聚焦的装置称为电子透镜（electron lens）
透射电子显微镜 ppt课件
32
一.点分辨本领的测定
将铂、铂-铱或铂-钯等金属或合金，用真 空蒸发的方法获得粒度为5~10埃，间距为2~10 埃的粒子，将其均匀地分布在火棉胶（或碳） 支持膜上，在高放大倍数下拍摄这些粒子的像， 并经光学放大（5倍左右），从照片上找出粒 子间最小的间距，除以总放大倍数，即为相应 电子显微镜的点分辨本领。
荧光屏有较高的分辨率，因此可用光学放 大镜进一步放大。
ppt课件
21
二. 成像方式
TEM有两种基本成像模式： 衍射成像——晶体结构同位分析 显微成像——微观组织形貌观察
1. 显微成像
⑴ 高放大倍数成像：中间镜以物镜像为物，投影
镜又以中间镜像为物，成像于荧光屏，结果可
以获得几万至几十万放大倍数电子像。
使用静电透镜（用电场聚焦）需要高 压，给设备的设计和操作带来不便。
故现代电镜中静电透镜只在电子枪中使 用；而聚光镜、物镜、中间镜和投影镜则 都采用电磁透镜（用磁场聚焦），可以通 过改变激磁电流来调节透镜的聚焦能力。
ppt课件
8
4、 TEM和光学透射显微镜的异同
相同点： （1）光学成像原理相同； （2）都能用于形貌分析。 不同点： （1）光源不同； （2）聚焦透镜不同； （3）TEM中有中间镜； （4）成像屏幕不同； （5） TEM镜筒中要保持高真空；
晶体样品通过物镜在后焦面上形成 衍射像，调节中间镜焦距，使其物平面 与物镜后焦面重合，可以最终在荧光屏 上形成二次放大的衍射图像。有意义的 衍射像必须明确它是来自样品那个区域 的衍射波，这就是选区衍射。
ppt课件
24
一.样品台
1. 功能：承载样品，并使样品能在物镜极靴孔 内平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣 的样品区域或位向进行观察分析。
一.点分辨本领的测定
将铂、铂-铱或铂-钯等金属或合金，用真 空蒸发的方法获得粒度为5~10埃，间距为2~10 埃的粒子，将其均匀地分布在火棉胶（或碳） 支持膜上，在高放大倍数下拍摄这些粒子的像， 并经光学放大（5倍左右），从照片上找出粒 子间最小的间距，除以总放大倍数，即为相应 电子显微镜的点分辨本领。
荧光屏有较高的分辨率，因此可用光学放 大镜进一步放大。
ppt课件
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二. 成像方式
TEM有两种基本成像模式： 衍射成像——晶体结构同位分析 显微成像——微观组织形貌观察
1. 显微成像
⑴ 高放大倍数成像：中间镜以物镜像为物，投影
镜又以中间镜像为物，成像于荧光屏，结果可
以获得几万至几十万放大倍数电子像。
使用静电透镜（用电场聚焦）需要高 压，给设备的设计和操作带来不便。
故现代电镜中静电透镜只在电子枪中使 用；而聚光镜、物镜、中间镜和投影镜则 都采用电磁透镜（用磁场聚焦），可以通 过改变激磁电流来调节透镜的聚焦能力。
ppt课件
8
4、 TEM和光学透射显微镜的异同
相同点： （1）光学成像原理相同； （2）都能用于形貌分析。 不同点： （1）光源不同； （2）聚焦透镜不同； （3）TEM中有中间镜； （4）成像屏幕不同； （5） TEM镜筒中要保持高真空；
晶体样品通过物镜在后焦面上形成 衍射像，调节中间镜焦距，使其物平面 与物镜后焦面重合，可以最终在荧光屏 上形成二次放大的衍射图像。有意义的 衍射像必须明确它是来自样品那个区域 的衍射波，这就是选区衍射。
ppt课件
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一.样品台
1. 功能：承载样品，并使样品能在物镜极靴孔 内平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣 的样品区域或位向进行观察分析。
材料分析测试 第八章 透射电子显微分析优秀PPT
14
（3）电磁透镜的分辨本领
光学显微镜 可见光：390-760nm， 最佳：照明光的波长的1/2。极限值：200nm
透射电镜 100KV电子束的波长为0.0037nm；200KV，0.00251nm
线分辨率
r0
A3
/
4
C
1 s
/
பைடு நூலகம்
4
透镜球差系数
常数
照明电子束波长
r0的典型值约为0.25~0.3nm，高分辨条件下，r0可达约0.1nm。
装有场发射枪的 扫描电子显微镜
超高压透射电子显微镜
2
Ernst Ruska Electron Microscope - Deutsches Museum
The electron microscope built by Ruska (in the lab coat) and Knoll, in Berlin in the early 1930s.
15
点分辨本领的测定
将金、铂、铂-铱或铂-钯等 金属或合金，用真空蒸发的 方法可以得到粒度为 5~10A、间距为2~10A的 粒子，将其均匀地分布在火 棉胶(或碳)支持膜上，在高 放大倍数下拍摄这些粒子的 像。
电子透镜
静电透镜 磁透镜
恒磁透镜 电磁透镜
11
（1）电磁透镜的结构
电磁透镜结构示意图
12
（2）电磁透镜的光学性质
11 1 uv f
物距 像距 焦距
透镜半径
f A RV0 (NI )2
与透镜结构有关的比例常数
电子加速电压 激磁线圈安匝数
由此可知，改变激磁电流，可改变焦距f，即可改 变电磁透镜的放大倍数。
7
TEM的形式
（3）电磁透镜的分辨本领
光学显微镜 可见光：390-760nm， 最佳：照明光的波长的1/2。极限值：200nm
透射电镜 100KV电子束的波长为0.0037nm；200KV，0.00251nm
线分辨率
r0
A3
/
4
C
1 s
/
பைடு நூலகம்
4
透镜球差系数
常数
照明电子束波长
r0的典型值约为0.25~0.3nm，高分辨条件下，r0可达约0.1nm。
装有场发射枪的 扫描电子显微镜
超高压透射电子显微镜
2
Ernst Ruska Electron Microscope - Deutsches Museum
The electron microscope built by Ruska (in the lab coat) and Knoll, in Berlin in the early 1930s.
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点分辨本领的测定
将金、铂、铂-铱或铂-钯等 金属或合金，用真空蒸发的 方法可以得到粒度为 5~10A、间距为2~10A的 粒子，将其均匀地分布在火 棉胶(或碳)支持膜上，在高 放大倍数下拍摄这些粒子的 像。
电子透镜
静电透镜 磁透镜
恒磁透镜 电磁透镜
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（1）电磁透镜的结构
电磁透镜结构示意图
12
（2）电磁透镜的光学性质
11 1 uv f
物距 像距 焦距
透镜半径
f A RV0 (NI )2
与透镜结构有关的比例常数
电子加速电压 激磁线圈安匝数
由此可知，改变激磁电流，可改变焦距f，即可改 变电磁透镜的放大倍数。
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TEM的形式
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。
第九章透射电子显微镜 PPT
大透镜,形成第一幅高分辨率电 子显微图像与电子衍射花样。 物镜特点:强激磁、短焦距(13mm),高放大倍数,高分辨率。
物镜决定透射电子显微镜分辨 本领
物镜就是一个强激磁短焦距得透镜,它得放 大倍数较高,一般为100-300倍。目前,高质 量得物镜其分辨率可达0、1nm左右。
(一)物镜
提高物镜分辨率得措施:
各国代表人物
美国伯克莱加州大学G、Thomas将TEM第 一个用到材料研究上。
日本岗山大学H、 Hashimoto日本电镜研 究得代表人。
中国:钱临照、郭可信、李方华、叶恒强、 朱静。
国内电镜做得好得有:北京电镜室(物理所)、 沈阳金属所、清华大学。
为什么要用TEM?
1)可以实现微区物相分析。
如果中间镜得像平面出现一定得位移,这个位 移距离仍处于投影镜得景深范围之内,因此,在 荧光屏上得图像仍旧就是清晰得。
§ 9-1 透射电子显微镜得结构与成像机理
(四)成像与衍射操作:背焦面
背焦面:样品得电子衍射斑点。
§ 9-1 透射电子显微镜得结构与成像机理
(四)成像与衍射操作:像平面
像平面
像平面
分析透射电子显微镜 JEM200CX
分析透射电子显微镜JEM2010
分析型透射电子显微镜
超高压电 镜
TEM发展简史
1924年de Broglie提出波粒二象性假说 1926 Busch指出“具有轴对称性得磁场对电子束
起着透镜得作用,有可能使电子束聚焦成像”。 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行
物镜光阑得另一个主要作用就是在后焦面上 套取衍射束得斑点(即副焦点)成像,这就就是 所谓暗场像。利用明暗场显微照片得对照分 析,可以方便地进行物相鉴定与缺陷分析。
物镜决定透射电子显微镜分辨 本领
物镜就是一个强激磁短焦距得透镜,它得放 大倍数较高,一般为100-300倍。目前,高质 量得物镜其分辨率可达0、1nm左右。
(一)物镜
提高物镜分辨率得措施:
各国代表人物
美国伯克莱加州大学G、Thomas将TEM第 一个用到材料研究上。
日本岗山大学H、 Hashimoto日本电镜研 究得代表人。
中国:钱临照、郭可信、李方华、叶恒强、 朱静。
国内电镜做得好得有:北京电镜室(物理所)、 沈阳金属所、清华大学。
为什么要用TEM?
1)可以实现微区物相分析。
如果中间镜得像平面出现一定得位移,这个位 移距离仍处于投影镜得景深范围之内,因此,在 荧光屏上得图像仍旧就是清晰得。
§ 9-1 透射电子显微镜得结构与成像机理
(四)成像与衍射操作:背焦面
背焦面:样品得电子衍射斑点。
§ 9-1 透射电子显微镜得结构与成像机理
(四)成像与衍射操作:像平面
像平面
像平面
分析透射电子显微镜 JEM200CX
分析透射电子显微镜JEM2010
分析型透射电子显微镜
超高压电 镜
TEM发展简史
1924年de Broglie提出波粒二象性假说 1926 Busch指出“具有轴对称性得磁场对电子束
起着透镜得作用,有可能使电子束聚焦成像”。 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行
物镜光阑得另一个主要作用就是在后焦面上 套取衍射束得斑点(即副焦点)成像,这就就是 所谓暗场像。利用明暗场显微照片得对照分 析,可以方便地进行物相鉴定与缺陷分析。
《透射电子显微分析》课件
《透射电子显微分析》 PPT课件
通过透射电子显微分析（Transmission Electron Microscopy）探索微观世界，了 解其定义、工作原理、应用领域、基本原理、步骤、优势和局限性，以及未 来发展趋势。
定义
透射电子显微分析是一种利用高分辨率透射电子显微镜观察样品内部结构和成分的技术。
基本原理
透射电子显微分析基于电子与物质的相互作用，通过电子束的透射、衍射或散射得到样品的结构和成分信息。
步骤
1
制备样品
将样品切割薄片，使电子能够透射。
2
调整仪器参数
优化显微镜的电子束和收集器的设置。
3
像差校正
通过像差校正方法，提高显微镜的分辨率。
优势和局限性
1 优势
高分辨率、高灵敏度、非破坏性、多种工作 模式。
2 局限性
样品制备复杂、对仪器环境敏感、价格昂贵。
未来发展趋势
透射电子显微分析在纳米科技、生物医药等领域有广阔的应用前景。未来的 发展目标是提高分辨率、降低成本、简化操作并发展新的应用模式。
工作原理
1
透射模式
电子束通过样品并形成投影图像，通过
衍射模式
2
电子透射对样品进行分析。
电子束与样品发生衍射，利用衍射图样
进行分析。
3
散射模式Βιβλιοθήκη 电子束与样品发生散射，通过散射图样 进行分析。
应用领域
材料科学
研究材料的晶体结构、成分和缺陷。
纳米技术
研究纳米级材料的性质和相互作用。
生命科学
观察生物分子、细胞和组织的结构。
通过透射电子显微分析（Transmission Electron Microscopy）探索微观世界，了 解其定义、工作原理、应用领域、基本原理、步骤、优势和局限性，以及未 来发展趋势。
定义
透射电子显微分析是一种利用高分辨率透射电子显微镜观察样品内部结构和成分的技术。
基本原理
透射电子显微分析基于电子与物质的相互作用，通过电子束的透射、衍射或散射得到样品的结构和成分信息。
步骤
1
制备样品
将样品切割薄片，使电子能够透射。
2
调整仪器参数
优化显微镜的电子束和收集器的设置。
3
像差校正
通过像差校正方法，提高显微镜的分辨率。
优势和局限性
1 优势
高分辨率、高灵敏度、非破坏性、多种工作 模式。
2 局限性
样品制备复杂、对仪器环境敏感、价格昂贵。
未来发展趋势
透射电子显微分析在纳米科技、生物医药等领域有广阔的应用前景。未来的 发展目标是提高分辨率、降低成本、简化操作并发展新的应用模式。
工作原理
1
透射模式
电子束通过样品并形成投影图像，通过
衍射模式
2
电子透射对样品进行分析。
电子束与样品发生衍射，利用衍射图样
进行分析。
3
散射模式Βιβλιοθήκη 电子束与样品发生散射，通过散射图样 进行分析。
应用领域
材料科学
研究材料的晶体结构、成分和缺陷。
纳米技术
研究纳米级材料的性质和相互作用。
生命科学
观察生物分子、细胞和组织的结构。
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•
高分辨电镜（HRTEM）
•
透射扫描电镜（STEM）
•
分析型电镜（AEM）等等。
• 入射电子束（照明束）也有两种主要形式：
•
Hale Waihona Puke 平行束：透射电镜成像及衍射
•
会聚束：扫描透射电镜成像、微分析及微衍射。
TEM的主要发展方向：
(1) 高电压：增加电子穿透试样 的能力，可观察较厚、较具代 表性的试样，现场观察(in-situ observalion) 辐射损伤; 减少波长 散布像差(chromatic aberration) ; 增 加分辨率等，目前已有数部 2-3 MeV 的TEM在使用中。左 图为200 keV TEM之外形图。
阴极（接
负高压）
照 控制极（比阴极
明 负100~1000伏）
系
阳极
统
电子束
示
聚光镜
意
图
试样
蒋显全 教授
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(2)样品室 样品室中有样品杆、样品杯及样品台。其位 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。
(3)成像系统一般由物镜、中间镜和投影镜组 成。物镜的分辨本领决定了电镜的分辨本领， 中间镜和投影镜的作用是将来自物镜的图像 进一步放大。
7.1.1 透射电镜的结构 7.1.2 透射电镜成像原理
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7.1.1 透射电镜的结构 我们这里先看一看一些电镜的外观图片，再就透射电 镜的结构原理做一简单介绍。
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
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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 最小电子束直径约2nm 倾转角度α=±60度
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第七章 透射电子显微分析
绪论 7.1 透射电镜的结构及应用 7.2 电子衍射 7.3透射电子显微分析样品制备 7.4薄晶样品的衍衬成像原理
绪论
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现代科学技术的迅速发展，要求材料科学工作
者能够及时提供具有良好力学性能的结构材料及具 有各种物理化学性能的功能材料。而材料的性能往 往取决于它的微观结构及成分分布。因此，为了研 究新的材料或改善传统材料，必须以尽可能高的分 辨能力观测和分析材料在制备、加工及使用条件下 （包括相变过程中，外加应力及各种环境因素作用 下等）微观结构和微区成分的变化，并进而揭示材 料成分—工艺—微观结构—性能之间关系的规律， 建立和发展材料科学的基本理论。改炒菜式为合金 设计。
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• 透射电子显微镜（TEM）正是这样一种能 够以原子尺度的分辨能力，同时提供物理 分析和化学分析所需全部功能的仪器。特 别是选区电子衍射技术的应用，使得微区 形貌与微区晶体结构分析结合起来，再配 以能谱或波谱进行微区成份分析，得到全 面的信息。
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• TEM简介：
• 透射电子显微镜（简称透射电镜，TEM），可以以几种不 同的形式出现，如：
中及倾斜调节装置组成。它的作用：是为成像系
统提供 一束亮度高、相干性好的照明光源。为满 足暗场成像的需要照明电子束可在2-3度范围内倾 斜。 ①电子枪。它由阴极、栅极和阳极构成。 在真空 中通电加热后使从阴极发射的电子获得较高的动 能形成定向高速电子流。 ②聚光镜。聚光镜的作用是会聚从电子枪发射出 来的电子束，控制照明孔径角、电流密度和光斑 尺寸。
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(2)高分辨率：最佳解像能力为点与点间0.18 nm、线与线间0.14nm。美国於1983年成立 国家电子显微镜中心，其中1000 keV之原子 分辨电子显微镜 (atomic resolution electron microscope，AREM) 其点与点间之分辨率 达0. 17nm，可直接观察晶体中的原子。
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(3) 多功能分析装置：如附加电子能量分析仪 (electron analyzer，EA) 可监定微区域的化 学组成。
(4)场发射电子光源: 具高亮度及契合性，电子 束可小至1 nm。除适用於微区域成份分析 外，更有潜力发展三度空间全像术 (holography)。
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7.1 透射电镜的结构及应用
β=±30度
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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
β=±25度
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
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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
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• (4)图像观察与记录系统 该系统由荧光屏、照相机、数据显示等组 成．在分析电镜中，还有探测器和电子能 量分析等附件（见下页示意图）。
扫描发生仪
转动4000
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右图为透射电子显 微镜光路原理图 ：
• 光学显微镜和透射电镜光路图比较：
光源
电子镜
聚光镜
聚光镜
试样 物镜
试样 物镜
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中间象 目镜
中间象 投影镜
毛玻璃
观察屏
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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，
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• 成像系统补充说明：
• 由物镜、中间镜(1、2个)和投影镜(1、2个)组成。 • 成像系统的两个基本操作是将衍射花样或图像投
影到荧光屏上。 • 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。 • 若使中间镜的物平面与物镜的像平面重合则得到 显微像。 • 透射电镜分辨率的高低主要取决于物镜 。
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。
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照明 系统 样品室
成像 系统
观察 和记 录系 统
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(1)照明系统
照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对