透射电子显微镜讲义TEM
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TEM课件-祁旋
投影镜
目前，高性能的透射电子显微镜采 用5级透镜放大系统 即中间镜和投影镜两级，分第一中 间镜和第二中间镜，第一投影镜和 第二投影镜
高倍透射电镜显微图像图像
Al-Cu合金TEM高倍组织形貌
Si底层上SiC薄膜TEM高倍组织形貌
电子衍射花样成像
1.1.3 观察记录系统
观察和记录系统主要包括荧光屏和照相机构： 荧光屏：通常采用在暗室操作情况下的人眼 较敏感的、发绿光的荧光物质来涂制荧光 屏，这样有利于高放大倍数、低亮度图像 的聚焦和观察 照相机构：荧光屏下放置可自动换片的照相 暗盒，只需把荧光屏掀往一侧垂直竖起， 照相底片即可曝光
右图反应了阴极、栅极 和阳极之间的等电位 面分布情况。自偏压 回路可以起到限制和 稳定束流的作用。由 于栅极的电位比阴极 负，所以自阴极端点 引出的等位面在空间 呈弯曲状。在阴极和 阳极之间的某一点， 电子束会汇集成一个 交叉点，就是电子源。 直径约几十微米。
电子枪内的等电位图
用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强
因透射电镜焦长很大，虽荧光屏和底片间 有数厘米的间距，但仍能得到清晰图像。 电子感光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，它是一种 红色盲片。 早期的电子显微镜 用手动快门，构造简 单，但曝光不均匀。 新型的电子显微镜 用电磁快门，与荧光 屏动作紧密结合，动作迅速，曝光均匀。
1.2 电源与控制系统
组成
2.4.1 聚光镜光阑
聚光镜光阑的作用：限制照明孔径角。 在双聚光镜系统中，光阑装在第二聚光 镜的下方 光阑孔的直径一般为20~400μm； 作一般分析观察时，聚光镜的光阑孔直 径可用200~300μm； 作微束分析时，则应采用小孔径光阑
2.4.2 物镜光阑
第七章TEM透射电子显微镜PPT课件
由电子光学系统、电源与控制 系统及真空系统三部分组成。
电子光学系统通常称镜筒，是
TEM的核心，它的光路原理与
透射光学显微镜十分相似。其
分为三部分：照明系统、成像
系统和观察记录系统。
（a）
（b）
一、照明系统
（1）电子枪 电子枪是TEM的电子源。 常用的是热阴极三极电子枪，
由发夹形钨丝阴极、阳极和栅 极组成。
➢ 作用：提高像衬度；减小孔径角，从而减小像 差；进行暗场成像； ➢ 光阑孔径：20-120um。
选区光阑（Diffraction lens holders）
➢ 来限定微区，对该微区进行衍射分析； ➢ 光阑孔直径：20-400um。
TEM的型号
Philips CM12透射电镜
加速电压20、40、60、80、100 、 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
具有很大的景深和焦长。
二、成像系统
样品在物镜的物平面上，物镜的像平面是中间镜的物平面， 中间镜的像平面是投影镜的物平面，荧光屏在投影镜的像平 面上。 物镜和投影镜的放大倍数固定，通过改变中间镜的电流来调 节电镜总M。 M越大，成像亮度越低，成像亮度与M2成反比。 高性能TEM大都采用5级透镜放大，中间镜和投影镜有两级。 放大成像操作：中间镜的物平面和物镜的像平面重合，荧光 屏上得到放大像。 电子衍射操作：中间镜的物平面和物镜的后焦面重合，得到 电子衍射花样。
二、成像系统
高倍放大
电子衍射
成像系统光路
三、观察记录系统
观察和记录装置包括荧光屏和照相机结构。 人眼无法观测电子，TEM中的电子信息通过荧光屏和
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
《tems基础知识》课件
磁场强度
TEMs设备的磁场强度是衡量其性能的 重要参数，直接影响探测深度和分辨率
。
探测深度和分辨率
TEMs设备的探测深度和分辨率与其 磁场强度和频率范围有关，是衡量其
性能的重是重要参数 ，不同频率适用于不同探测深度和分 辨率。
便携性和可靠性
TEMs设备的便携性和可靠性也是重 要的性能参数，影响着设备的实际应 用效果。
电磁波的频率
电磁波的频率决定了其波长和能量，频率越高，波长越短，能量 越大。
电磁波的极化
电磁波的电场矢量方向称为极化方向，不同极化方向的电磁波具 有不同的特性。
TEMs工作原理
1 2
传输线理论
TEM波在传输线中传播时，电场和磁场都沿着传 输方向，没有横向分量。
TEM波的产生
当电磁波在传输线中传播时，如果传输线的横截 面尺寸远大于波长，则可以产生TEM波。
雷达测速
利用TEM波的多普勒效应，实现对运 动目标的速度测量。
探测领域应用
气体探测
利用TEM波在气体中的传播特性，实现对气体成分和浓度的探测。
生物医学成像
将TEM波与医学成像技术结合，实现对生物组织的无损探测和成像。
其他领域应用
电子对抗
利用TEM波的特性，实现电磁干扰和电子欺骗等电子对抗手 段。
04
TEMs技术应用
通信领域应用
无线通信
利用TEM波的特性，实现高速、大容 量的无线通信，如移动通信网络、卫 星通信等。
微波传输
TEM波在波导中传输时具有低损耗、 低色散的特性，适用于长距离、高速 的微波信号传输。
雷达领域应用
雷达探测
利用TEM波的定向传播和反射特性 ，实现目标的探测和定位，广泛应用 于军事和民用领域。
TEMs设备的磁场强度是衡量其性能的 重要参数，直接影响探测深度和分辨率
。
探测深度和分辨率
TEMs设备的探测深度和分辨率与其 磁场强度和频率范围有关，是衡量其
性能的重是重要参数 ，不同频率适用于不同探测深度和分 辨率。
便携性和可靠性
TEMs设备的便携性和可靠性也是重 要的性能参数，影响着设备的实际应 用效果。
电磁波的频率
电磁波的频率决定了其波长和能量，频率越高，波长越短，能量 越大。
电磁波的极化
电磁波的电场矢量方向称为极化方向，不同极化方向的电磁波具 有不同的特性。
TEMs工作原理
1 2
传输线理论
TEM波在传输线中传播时，电场和磁场都沿着传 输方向，没有横向分量。
TEM波的产生
当电磁波在传输线中传播时，如果传输线的横截 面尺寸远大于波长，则可以产生TEM波。
雷达测速
利用TEM波的多普勒效应，实现对运 动目标的速度测量。
探测领域应用
气体探测
利用TEM波在气体中的传播特性，实现对气体成分和浓度的探测。
生物医学成像
将TEM波与医学成像技术结合，实现对生物组织的无损探测和成像。
其他领域应用
电子对抗
利用TEM波的特性，实现电磁干扰和电子欺骗等电子对抗手 段。
04
TEMs技术应用
通信领域应用
无线通信
利用TEM波的特性，实现高速、大容 量的无线通信，如移动通信网络、卫 星通信等。
微波传输
TEM波在波导中传输时具有低损耗、 低色散的特性，适用于长距离、高速 的微波信号传输。
雷达领域应用
雷达探测
利用TEM波的定向传播和反射特性 ，实现目标的探测和定位，广泛应用 于军事和民用领域。
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
01
02
03
《TEM操作培训》课件
04 TEM操作注意事项
CHAPTER
安全注意事项
确保操作区域安全
01
在操作TEM（透射电子显微镜）时，应确保操作区域没有障碍
物，避免人员和物品与设备发生碰撞。
遵守安全操作规程
02
在进行TEM操作前，应仔细阅读并遵守设备的安全操作规程，
确保正确使用设备。
避免高电压和高电流
03
在操作过程中，应避免高电压和高电流对人员和设备造成伤害
数据存储与备份
及时存储数据
在观察和记录TEM图像时，应及时将数据存储在稳定的存储介 质上，如硬盘或云端存储。
定期备份数据
为防止数据丢失，应定期备份存储的数据，并确保备份数据的可 读性和可用性。
加密存储和备份数据
为了保护数据的机密性和完整性，应对存储和备份的数据进行加 密处理，以确保数据的安全性。
05 实践操作与案例分析
，特别是在调节电压和电流时。
设备维护与保养
定期检查设备状态
在使用TEM后，应定期检查设备 的状态，包括电子显微镜的镜头
、真空系统和照明系统等。
清洁设备表面
应定期清洁设备的表面，保持设备 的清洁度，避免灰尘和污垢对设备 造成损害。
定期更换消耗品
在操作过程中，某些部件会逐渐磨 损或消耗，如灯丝和真空过滤器等 ，应定期更换以确保设备的正常运 行。
样品制备方法
总结词
样品的制备是TEM操作中的关键步骤，直接影响观察结果的准确性和可靠性。
详细描述
样品制备是TEM操作中的重要环节，需要采用一系列精细的制样技术。这包括将样品切成薄片、进行 减薄处理、以及在特定环境中进行保护和固定等步骤。制备良好的样品能够提供更清晰、更准确的观 察结果，并有助于提高实验的可重复性。
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。
透射电子显微镜(TEM)详解
TEM样品可分为间接样品和直接样品。
（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
（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
透射电子显微镜-TEM-医学课件
透射电子显微镜-TEM
Transmission electron microscope
1
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
2
TEM 简介
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。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和 Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
21
成像系统
照明系统
成像系统
观察记录系统
22
（1）物镜 物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可 能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距 的物镜。 放大倍数较高，一般为100～300倍。 目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
3
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
Transmission electron microscope
1
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
2
TEM 简介
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。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和 Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
21
成像系统
照明系统
成像系统
观察记录系统
22
（1）物镜 物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可 能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距 的物镜。 放大倍数较高，一般为100～300倍。 目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
3
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
透射电子显微镜(TEM)
电子束轴线与成像系统成一定角度
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
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
透射电镜tem讲稿精品
每周维护
清洗物镜、目镜和聚光镜，检查 真空系统和电子枪的工作状态。
维护保养建议及周期安排
每月维护
对电镜进行全面检查和维护，包括机械部件、真空系统、电子光 学系统和控制系统等。
年度维护
对电镜进行深度维护和保养，包括更换易损件、清洗内部部件和 调整仪器性能等。
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感谢聆听
纳米器件研究
研究纳米器件的结构、工作原理和性能，推动纳 米电子学、纳米光学等领域的发展。
3
纳米生物医学研究
利用TEM观察纳米药物、纳米载体等生物医学应 用中的纳米材料，评估其生物相容性和治疗效果。
05
实验操作规范与注意事项
实验前准备工作规范
02
01
03
样品制备
确保样品纯净，无杂质。
根据实验需求，选择合适的制样方法，如研磨、切片 等。
实验前准备工作规范
设备检查 检查透射电镜的真空度、电子枪、镜头等关键部件是否正常。
确保所有附件和工具齐全且处于良好状态。
实验前准备工作规范
安全防护 穿戴好实验服和防护眼镜。
熟悉紧急情况下的应对措施，如停电、真空泄露等。
实验过程中操作规范
样品安装 将制备好的样品放入样品台，并确保其稳定。
根据需要选择合适的放大倍数和观察模式。
常见故障现象及排查方法
故障现象1：图像模糊或失真
排查方法：检查物镜、目镜和聚光镜是否干净， 调整焦距和像散，检查电子枪和高压系统是否 正常。
故障现象2：真空度下降
排查方法：检查真空泵、真空管道和真空 计是否正常，查找漏气点并及时修复。
故障现象3：电子束不稳定
排查方法：检查电子枪、高压系统和电磁透 镜是否正常，调整电子束的聚焦和偏转。
清洗物镜、目镜和聚光镜，检查 真空系统和电子枪的工作状态。
维护保养建议及周期安排
每月维护
对电镜进行全面检查和维护，包括机械部件、真空系统、电子光 学系统和控制系统等。
年度维护
对电镜进行深度维护和保养，包括更换易损件、清洗内部部件和 调整仪器性能等。
THANK YOU
感谢聆听
纳米器件研究
研究纳米器件的结构、工作原理和性能，推动纳 米电子学、纳米光学等领域的发展。
3
纳米生物医学研究
利用TEM观察纳米药物、纳米载体等生物医学应 用中的纳米材料，评估其生物相容性和治疗效果。
05
实验操作规范与注意事项
实验前准备工作规范
02
01
03
样品制备
确保样品纯净，无杂质。
根据实验需求，选择合适的制样方法，如研磨、切片 等。
实验前准备工作规范
设备检查 检查透射电镜的真空度、电子枪、镜头等关键部件是否正常。
确保所有附件和工具齐全且处于良好状态。
实验前准备工作规范
安全防护 穿戴好实验服和防护眼镜。
熟悉紧急情况下的应对措施，如停电、真空泄露等。
实验过程中操作规范
样品安装 将制备好的样品放入样品台，并确保其稳定。
根据需要选择合适的放大倍数和观察模式。
常见故障现象及排查方法
故障现象1：图像模糊或失真
排查方法：检查物镜、目镜和聚光镜是否干净， 调整焦距和像散，检查电子枪和高压系统是否 正常。
故障现象2：真空度下降
排查方法：检查真空泵、真空管道和真空 计是否正常，查找漏气点并及时修复。
故障现象3：电子束不稳定
排查方法：检查电子枪、高压系统和电磁透 镜是否正常，调整电子束的聚焦和偏转。
透射电子显微镜(TEM)
日本日立公司H－700 电子显微镜，配有双倾台 ，并带有7010扫描附件和 EDAX9100能谱。该仪器 不但适合于医学、化学、 微生物等方面的研究，由 于加速电压高，更适合于 金属材料、矿物及高分子 材料的观察与结构分析， 并能配合能谱进行微区成 份分析。 ● ● ● ● ● 分 辨 率：0.34nm 加速电压： 加速电压：75KV－200KV － 放大倍数： 万倍 放大倍数：25万倍 能 谱 仪：EDAX－9100 － 扫描附件： 扫描附件：S7010
TEM 形貌分析
透射电镜具有很高的空间分辩能力，特别适合 纳米粉体材料的分析。 其特点是样品使用量少，不仅可以获得样品的 形貌，颗粒大小，分布，还可以获得特定区域 的元素组成及物相结构信息。 透射电镜比较适合纳米粉体样品的形貌分析， 但颗粒大小应小于300nm，否则电子束就不能 但颗粒大小应小于300nm，否则电子束就不能 透过了。对块体样品的分析，透射电镜一般需 要对样品进行减薄处理。
多晶花样的标定
1. 花样特征： 一组同心圆 花样特征： 一组同心圆
2.标定方法：比值法 2.标定方法： 标定方法 根据R1, 根据R1, R2 , R3 ….的比值来确定结构和标定花样 比值法主要适合立方晶系
3）显象部分
这部分由观察室和照相机构组成。 在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析附件。 如下图所示。
电子束 扫描发生仪
显象管 和X-Y 记录仪
扫描线圈
数据 处理
能量选择光阑 入射光阑
放大器 探测器
电子能量 分析仪
图1-14 扫描电子衍射和电子能谱分析附件示意图
2 . 真空系统 为了保证在整个通道中只与试样发生相互作用，而 不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子 枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空 度为 毫米汞柱。
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。
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。
透射电镜(TEM)讲义
2.2透射电镜的工作原理和特点
• 透射电镜：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具有高 分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。
• 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 系统和操作控制 系统组成．
• 其中电子光学系 统是电镜的主要 组成部分，通常 称为镜筒．
• 原来的物点是一个几何 点，由于球差的影响现在 变成了半径为ΔrS的漫散 圆斑。我们用ΔrS表示球 差大小，计算公式为：
•
rS
1 4
Cs
3
C s：球差系数
• 球差是像差影响电磁透镜分辨 率的主要因素，它还不能象光 学透镜那样通过凸透镜、凹透 镜的组合设计来补偿或矫正。
• 球差系数越大，由球差决定的分
• 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
2.3 透射电镜像衬形成原理(一) 质厚衬度
供观察形貌结构的复型样品和非晶态物质样品的衬度是质厚衬度
1.原子核和核外电子对入射电子的散射
经典理论认为散射是入射电
• 更短的波长是X射线(0.01~10nm)。但是，迄今为止还没 有找到能使X射线改变方向、发生折射和聚焦成象的物质， 也就是说还没有X射线的透镜存在。因此X射线也不能作为 显微镜的照明光源。
• 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。
v 2eU m
式中e为电子所带电荷，e=1.6×10-19C。
将两式整理得：
h 1.226
单位是nm
透射电子显微镜-TEM
复型类型
1. 塑料一级复型 2. 碳一级复型 3. 塑料-碳二级复型 4. 抽取复型
透射电子显微镜样品制备
塑料一级复型
样品上滴浓度为1%的火棉 胶醋酸戍酯溶液或醋酸纤维 素丙酮溶液，溶液在样品表 面展平，多余的用滤纸吸掉， 溶剂蒸发后样品表面留下一 层100nm左右的塑料薄膜。 印模表面与样品表面特征相反。
透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和
Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
re 人眼分辨本领 r0 显微镜分辨本领
有效放大倍数
光学显微镜的有效放大倍数
人眼的分辨率（ 0.2mm） 光学显微镜分辨率（ 200 nm）
透射电镜的有效放大倍数
人眼的分辨率（ 0.2mm） 透射电子显微镜分辨率 （0.1nm）
由上面公式可以直接得出，光学显微镜的有效放 大倍数远小于透射电镜。
透射电子显微镜-TEM
Transmission electron microscope
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
TEM 简介
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，
1. 塑料一级复型 2. 碳一级复型 3. 塑料-碳二级复型 4. 抽取复型
透射电子显微镜样品制备
塑料一级复型
样品上滴浓度为1%的火棉 胶醋酸戍酯溶液或醋酸纤维 素丙酮溶液，溶液在样品表 面展平，多余的用滤纸吸掉， 溶剂蒸发后样品表面留下一 层100nm左右的塑料薄膜。 印模表面与样品表面特征相反。
透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和
Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
re 人眼分辨本领 r0 显微镜分辨本领
有效放大倍数
光学显微镜的有效放大倍数
人眼的分辨率（ 0.2mm） 光学显微镜分辨率（ 200 nm）
透射电镜的有效放大倍数
人眼的分辨率（ 0.2mm） 透射电子显微镜分辨率 （0.1nm）
由上面公式可以直接得出，光学显微镜的有效放 大倍数远小于透射电镜。
透射电子显微镜-TEM
Transmission electron microscope
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
TEM 简介
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(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。
完整版TEM高分辨透射电镜讲稿
?1934年Ruska在实验室制成第一部透射电子显微鏡（ transmission electron microscope ，TEM)
?1938 年，德国西门子公司第一部商业电子显微镜問世
?1940年代，常用的50 至100 keV 之TEM 其分辨率約在l0 nm左右， 而最佳分辨率則在2至3 nm之間。当时由于研磨試片的困难及缺乏 应用的动机，所以很少为物理科学研究者使用。直到 1949年， Heidenreich制成适于TEM观察的鋁及鋁合金薄膜，观察到因厚度 及晶面不同所引起的像衬度效应，並成功的利用电子衍射理论加 以解释。同時也获得一些与材料性质有关的重要結果，才使材料 界人士对TEM看法改变。但因为一般試片研制不易，发展缓慢。
我国电镜研制起步较迟，1958年 在长春中国科学院光学精密机械研 究所生产了第一台中型电镜。
到1977年生产的TEM分辨率为 0.3nm，放大倍率为80万倍。
具体发展历程：
?J.J.Thomson作阴极射线管实验时观察到 电场及磁场可偏折电子.
?1926年Busch发现可用电磁场聚焦电子，产生放大作用。电 磁场对 电子之作用与光学透鏡对光波之作用非常相似，因而发展出电磁 透鏡.
?70年代末日本大阪大学应用物理系教授桥本初次朗应用透射电子显 微镜直接观察到单个重金属原子(金原子)及原子集团中的近程有序 排列，并用快速摄影记录下原子跳动的踪迹,终于实现了人类直接观 察原子的宿愿。
60多年的实践证明，电子显微镜是上世纪最重大发明之一，卢斯 卡教授由于他的先驱工作给科学所带来的巨大贡献，从而获得 1986 年的诺贝尔物理学奖。
?TEM发展概述
Байду номын сангаас
主要内容
?TEM的结构和成像原理
?1938 年，德国西门子公司第一部商业电子显微镜問世
?1940年代，常用的50 至100 keV 之TEM 其分辨率約在l0 nm左右， 而最佳分辨率則在2至3 nm之間。当时由于研磨試片的困难及缺乏 应用的动机，所以很少为物理科学研究者使用。直到 1949年， Heidenreich制成适于TEM观察的鋁及鋁合金薄膜，观察到因厚度 及晶面不同所引起的像衬度效应，並成功的利用电子衍射理论加 以解释。同時也获得一些与材料性质有关的重要結果，才使材料 界人士对TEM看法改变。但因为一般試片研制不易，发展缓慢。
我国电镜研制起步较迟，1958年 在长春中国科学院光学精密机械研 究所生产了第一台中型电镜。
到1977年生产的TEM分辨率为 0.3nm，放大倍率为80万倍。
具体发展历程：
?J.J.Thomson作阴极射线管实验时观察到 电场及磁场可偏折电子.
?1926年Busch发现可用电磁场聚焦电子，产生放大作用。电 磁场对 电子之作用与光学透鏡对光波之作用非常相似，因而发展出电磁 透鏡.
?70年代末日本大阪大学应用物理系教授桥本初次朗应用透射电子显 微镜直接观察到单个重金属原子(金原子)及原子集团中的近程有序 排列，并用快速摄影记录下原子跳动的踪迹,终于实现了人类直接观 察原子的宿愿。
60多年的实践证明，电子显微镜是上世纪最重大发明之一，卢斯 卡教授由于他的先驱工作给科学所带来的巨大贡献，从而获得 1986 年的诺贝尔物理学奖。
?TEM发展概述
Байду номын сангаас
主要内容
?TEM的结构和成像原理
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d 0.61 , NA nsin
NA
为孔径角的一半N， A数值孔径， n为折射率，为波长
自然光与电子束的波长
可见光的波长在390～760nm 电子波长：
取V=100kV，理论得到电子波长为0.0037nm
对d于 0.61,N Ansi n
NA
采用物镜的孔径角接近90度
考虑采用可见光波长极限390nm的光束照明显微 镜系统，可得d约为200nm
re 人眼分辨本领 r0 显微镜分辨本领
有效放大倍数
光学显微镜的有效放大倍数
人眼的分辨率 0.2（ mm） 光学显微镜分辨2率 00n（m）
透射电镜的有效放大倍数
人眼的分辨率 0.2（ mm） 透射电子显微镜分（辨 0.1率 nm）
由上面公式可以直接得出，光学显微镜的有效放 大倍数远小于透射电镜。
透射电子显微镜TEM
精品
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
TEM 简介
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。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和
Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
为什么采用电子束而不用自然光？
✓ 显微镜的分辨率 ✓ 自然光与电子束的波长 ✓ 有效放大倍数
显微镜的分辨率
通常人眼的分辨本领大概是0.2mm（即人眼 可分辨的两点间最小距离 为0.2mm） 显微镜可分辨的两点间的最小距离，即为显 微镜的分辨率
分析型透射电子显微镜
透射电子显微镜结构原理
电子光学系统 真空系统 操作控制பைடு நூலகம்统
电子光学系统
照明系统
成像系统 观察记录系统
照明系统
作用是提供光源 阴极 （控制其稳定度、 控制极 照明强度和照明 阳极 孔径角）；选择 照明方式（明场 电子束 或暗场成像）。
聚光镜
试样
（1）阴极
电子源：
（3）投影镜
投影镜的功能是把中间镜形成的二次像及衍射 谱放大到荧光屏上，成为试样最终放大图像及 衍射谱。
它和物镜一样是短焦距强磁透镜。但是对投影 镜精度的要求不像物镜那么严格，因为它只是 把物镜形成的像做第三次放大。
具有很大的场深和焦深.
场深是指在保持象清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴 可移动的距离，或者说试样超越物平面所允许的厚度。 焦深是指在保持象清晰的前提下，象平面沿镜轴可移动的距 离，或者说观察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。
为什么采用电子束做为光源?
结论：
由显微镜的分辨率与光源的波长决定了透射 电子显微镜的放大倍率远大于普通光学显微 镜；一般来说，光学显微镜的最大放大倍率 在2000倍左右，而透射电子显微镜的放大 倍率可达百万倍。
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。
对于TEM在100kV加速电压下，波长0.0037nm， d约为0.002nm，目前电子显微镜达不到其理论极 限分辨率，最小分辨率达到0.1nm
有效放大倍数
光学显微镜必须提供足够的放大倍数，把它能 分辨的最小距离放大到人眼能分辨的程度。相 应的放大倍数叫做有效放大倍数，它可由下式 来确定：
M re , M为显微镜放大倍数 r0
多为磁透镜，调节其电流，控制照明亮度、 照明孔径角和束斑大小。
(4)聚光镜
高性能TEM采用双 聚光镜系统，提高 照明效果。
成像系统
照明系统
成像系统 观察记录系统
（1）物镜
物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可
能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距 的物镜。 放大倍数较高，一般为100～300倍。 目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
1. 钨灯丝—热发射
束流密度~10A/cm2 束斑大小~4nm
2. 场发射源
束流密度105A/cm2 束斑大小< 1nm 常用肖特基源
（2）阳极
加速从阴极发射出的电子。
为了操作安全，一般是阳极接地， 阴极带有负高压。 -50~200kV
（3）控制极
会聚电子束；控制电子束电流大小，调节 像的亮度。
阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数 目及其动能，习惯通称为“电子枪”。
电子枪的重要性仅次于物镜。决定像的亮 度、图像稳定度和穿透样品的能力。
(4) 聚光镜
由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作 用，电子束穿过阳极后，逐渐变粗，射到 试样上仍然过大。
聚光镜有增强电子束密度和再次将发散的 电子会聚起来的作用。
（2）中间镜
中间镜是弱磁透镜，它的功能是把物镜形成 的一次中间像或衍射谱投射到投影镜物面上， 再由投射镜放大到终平面（荧光屏）。
弱激磁的长焦距变倍透镜，0～20倍可调。
在电镜中变倍率的中间镜控制总放大倍率， 用M表示放大倍率，它等于成像系统各透镜放 大率的乘积，即：
MM 0M IM P
需要提及的一点是： 增加中间镜的数量，可以增加放大倍数；但当达到显微镜有效放大倍数 时，再增加中间镜的数量已是徒劳的；因为此时显微镜所能提供的分辨 率已经达到极限，纵使继续放大，也无法分辨出更紧密的两点。
成像系统
（成ab）像调由系整于统中物的间镜两镜成个基 的像本透在操镜中作电间是流镜将，以衍使前射中，花 间因样镜此或的中图物间像平镜投面以影与物到物镜荧 镜像光的为屏背物上焦，。面所重成合图，像 此在时投背影焦镜面前上汇形聚成， 的投衍影射镜斑以点中就间会镜被像 中为间物镜进进行一投步影放。大 ，并经过投影镜投 影到荧光屏上得到 衍射花样。
NA
为孔径角的一半N， A数值孔径， n为折射率，为波长
自然光与电子束的波长
可见光的波长在390～760nm 电子波长：
取V=100kV，理论得到电子波长为0.0037nm
对d于 0.61,N Ansi n
NA
采用物镜的孔径角接近90度
考虑采用可见光波长极限390nm的光束照明显微 镜系统，可得d约为200nm
re 人眼分辨本领 r0 显微镜分辨本领
有效放大倍数
光学显微镜的有效放大倍数
人眼的分辨率 0.2（ mm） 光学显微镜分辨2率 00n（m）
透射电镜的有效放大倍数
人眼的分辨率 0.2（ mm） 透射电子显微镜分（辨 0.1率 nm）
由上面公式可以直接得出，光学显微镜的有效放 大倍数远小于透射电镜。
透射电子显微镜TEM
精品
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
TEM 简介
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。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和
Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
为什么采用电子束而不用自然光？
✓ 显微镜的分辨率 ✓ 自然光与电子束的波长 ✓ 有效放大倍数
显微镜的分辨率
通常人眼的分辨本领大概是0.2mm（即人眼 可分辨的两点间最小距离 为0.2mm） 显微镜可分辨的两点间的最小距离，即为显 微镜的分辨率
分析型透射电子显微镜
透射电子显微镜结构原理
电子光学系统 真空系统 操作控制பைடு நூலகம்统
电子光学系统
照明系统
成像系统 观察记录系统
照明系统
作用是提供光源 阴极 （控制其稳定度、 控制极 照明强度和照明 阳极 孔径角）；选择 照明方式（明场 电子束 或暗场成像）。
聚光镜
试样
（1）阴极
电子源：
（3）投影镜
投影镜的功能是把中间镜形成的二次像及衍射 谱放大到荧光屏上，成为试样最终放大图像及 衍射谱。
它和物镜一样是短焦距强磁透镜。但是对投影 镜精度的要求不像物镜那么严格，因为它只是 把物镜形成的像做第三次放大。
具有很大的场深和焦深.
场深是指在保持象清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴 可移动的距离，或者说试样超越物平面所允许的厚度。 焦深是指在保持象清晰的前提下，象平面沿镜轴可移动的距 离，或者说观察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。
为什么采用电子束做为光源?
结论：
由显微镜的分辨率与光源的波长决定了透射 电子显微镜的放大倍率远大于普通光学显微 镜；一般来说，光学显微镜的最大放大倍率 在2000倍左右，而透射电子显微镜的放大 倍率可达百万倍。
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。
对于TEM在100kV加速电压下，波长0.0037nm， d约为0.002nm，目前电子显微镜达不到其理论极 限分辨率，最小分辨率达到0.1nm
有效放大倍数
光学显微镜必须提供足够的放大倍数，把它能 分辨的最小距离放大到人眼能分辨的程度。相 应的放大倍数叫做有效放大倍数，它可由下式 来确定：
M re , M为显微镜放大倍数 r0
多为磁透镜，调节其电流，控制照明亮度、 照明孔径角和束斑大小。
(4)聚光镜
高性能TEM采用双 聚光镜系统，提高 照明效果。
成像系统
照明系统
成像系统 观察记录系统
（1）物镜
物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可
能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距 的物镜。 放大倍数较高，一般为100～300倍。 目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
1. 钨灯丝—热发射
束流密度~10A/cm2 束斑大小~4nm
2. 场发射源
束流密度105A/cm2 束斑大小< 1nm 常用肖特基源
（2）阳极
加速从阴极发射出的电子。
为了操作安全，一般是阳极接地， 阴极带有负高压。 -50~200kV
（3）控制极
会聚电子束；控制电子束电流大小，调节 像的亮度。
阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数 目及其动能，习惯通称为“电子枪”。
电子枪的重要性仅次于物镜。决定像的亮 度、图像稳定度和穿透样品的能力。
(4) 聚光镜
由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作 用，电子束穿过阳极后，逐渐变粗，射到 试样上仍然过大。
聚光镜有增强电子束密度和再次将发散的 电子会聚起来的作用。
（2）中间镜
中间镜是弱磁透镜，它的功能是把物镜形成 的一次中间像或衍射谱投射到投影镜物面上， 再由投射镜放大到终平面（荧光屏）。
弱激磁的长焦距变倍透镜，0～20倍可调。
在电镜中变倍率的中间镜控制总放大倍率， 用M表示放大倍率，它等于成像系统各透镜放 大率的乘积，即：
MM 0M IM P
需要提及的一点是： 增加中间镜的数量，可以增加放大倍数；但当达到显微镜有效放大倍数 时，再增加中间镜的数量已是徒劳的；因为此时显微镜所能提供的分辨 率已经达到极限，纵使继续放大，也无法分辨出更紧密的两点。
成像系统
（成ab）像调由系整于统中物的间镜两镜成个基 的像本透在操镜中作电间是流镜将，以衍使前射中，花 间因样镜此或的中图物间像平镜投面以影与物到物镜荧 镜像光的为屏背物上焦，。面所重成合图，像 此在时投背影焦镜面前上汇形聚成， 的投衍影射镜斑以点中就间会镜被像 中为间物镜进进行一投步影放。大 ，并经过投影镜投 影到荧光屏上得到 衍射花样。