高分辨电镜
高分辨电镜
结构象
是晶体点阵沿入射束方向的投 影，在相位衬度传递函数第一 个零点范围内图像与实际晶体 结构原子排列有一一对应关系
6. 高分辩电镜在材料科学研究中的应用
Quasi-crystalline Al-Mn alloy showing five fold symmetry
0.61l dd nSin
对光学显微镜来说, l5000Å, dd 0.2mm. 对于电子显微镜:
l
1.226 (V0 0.978 106V02 )
dd
0.61l
对100keV 的电子, l 0.037Å, dd 0.023nm ! 但是电磁透镜是非常差劲的透镜，所以最好的分辩率为 0.1nm.
( x ) ( x, z )dz
t 0
p / lV - 交互作用常数（interaction constant） (x,z) 是沿 z方向的晶体投影势（projected potential） 应用薄相位近似，穿出试样下表面 的波函数应为： 0(x)=exp[-i(x)] 如果相位 变化很小 (Weak phase approximation), 那么有: exp[-i(x)]1+ i(x) 即, 在 (x) 和 0(x)之间存在线性关系, 而(x) 与晶体投影 势场直接相关。
f 2 / 2 CS 4 / 4
3.5.4 相位衬度传递函数（Phase contrast transfer function) 与光学相衬显微镜对比可知: l / 4 i.e f 2 / 2 CS 4 / 4
我们定义:
l 而 sin 叫作相位衬度传递函数(PCTF) (u )
2p 2p f 2 CS 4 ( ) l 2 4
透射电镜高分辨频域滤波优化
透射电镜高分辨频域滤波优化透射电镜高分辨频域滤波优化透射电镜高分辨频域滤波优化是一种常用的方法，用于提高透射电子显微镜（TEM）图像的分辨率。
在本文中，我们将逐步讨论如何进行这样的优化。
第一步是获取TEM图像。
首先，我们需要将待观察的样品放置在透射电镜中。
样品通常是非晶态或晶态的材料，它们会散射电子束。
这些散射的电子束将通过透射电子显微镜的透镜系统，最终形成图像。
第二步是进行图像的预处理。
在进行高分辨率滤波之前，通常需要对图像进行一些预处理操作，以去除噪音和伪影。
这可以通过应用空间域滤波器，如中值滤波器或高斯滤波器来实现。
接下来，我们将进入关键的步骤，即高分辨滤波。
高分辨率滤波是通过在频域中操作图像来实现的。
首先，我们需要进行傅里叶变换，将图像转换到频域。
这可以通过应用二维离散傅里叶变换（DFT）来实现。
DFT将图像从空间域转换到频域，并产生一个复数矩阵，其中每个元素表示不同频率的振幅和相位信息。
在频域中，我们可以应用滤波器来提高图像的分辨率。
常见的滤波器包括高通滤波器和带通滤波器。
高通滤波器有助于增强图像中的高频信息，从而提高图像的细节和分辨率。
带通滤波器允许通过特定的频率范围，从而保留所需的信息并滤除其他频率的干扰。
应用完滤波器后，我们需要进行反傅里叶变换，将图像从频域恢复到空间域。
这可以通过应用二维逆离散傅里叶变换（IDFT）来实现。
IDFT将频域的复数矩阵转换回空间域，并产生最终的滤波图像。
最后一步是对滤波图像进行后处理。
在高分辨滤波之后，我们可能需要对图像进行一些后处理，以进一步优化其质量。
这可能包括去噪、增强对比度或者应用其他图像增强技术。
总结起来，透射电镜高分辨频域滤波优化是一个多步骤的过程。
首先，我们需要获取原始TEM图像，并对其进行预处理。
接下来，我们将图像转换到频域，应用滤波器来提高图像的分辨率，并通过逆傅里叶变换将其恢复到空间域。
最后，我们可以对滤波图像进行后处理以进一步优化其质量。
高分辨透射电镜的原理
高分辨透射电镜的原理
高分辨透射电镜（High-ResolutionEmissionTomography,HRET）是一种高分辨率的显微成像技术，它以高分辨的电子探针（ElectronProbe）作为主要成像工具。
它可获得原子分辨率的三维图像。
与其他显微成像技术相比，HRET具有下列优点：
1.获得的图像比电子探针观察到的高一个数量级；
2.对样品无破坏性；
3.图像质量高，分辨率可达0.1纳米；
4.可获得样品表面精细结构和信息；
5.可观察样品表面或内部细微结构，且不受样品厚度限制；
6.扫描速度快，每秒可扫描数百张图片。
高分辨透射电镜的工作原理是：电子探针在透射电镜中通过电子束轰击样品时，被激发的电子或离子被偏转到样品表面的不同部位，并在这些部位产生新的电子或离子。
这些被偏转的电子或离子分别向各自相反的方向运动。
偏转后，原来被激发到样品表面的电子或离子又回到原来的位置。
这样，就可以通过扫描电镜记录下来。
—— 1 —1 —。
JEM-2100高分辨透射电子显微镜的使用注意事项
透射 电子显微镜简称透射电镜 ，是电子显微镜的一种 。透 射电镜是一种高分辨率 、高放大倍数的显微镜 ，能直接观察并 研究材料 的内部结构 、相组成 、分布以及晶体 中位错 、层错晶 界 、空位 等缺 陷 ，是研究材料微观组织最有 力的工具之一 。其 可进行形貌观察 、选区 电子衍射 以及能谱分析 ，广泛应用于物 理 、化学 、材料科学 、矿物学 、地质 、冶金等领域 。 Ｊ Ｅ Ｍ一 ２ １ ０ ０ 透射 电镜是 日本 电子株式会社生产的高分辨型电
空气压缩机是 电镜的重要组 成部分，空压机一般是将大 气 压缩成压强较大 的气体以推动电镜 内气体 阀门的运动 ，由于 大 气 中含有水分 ，故在压缩机底部会有 存水 ，当存水不能 及时排 放时就 会腐蚀仪 器 ，放 水周期可 根据不 同区域和季 节进行调 整 ，但 是最好每周放水一次 ，放水时要关 闭灯丝和高压 。另外 空压机的吸气过滤网要定期除尘。
路 板 上 从 而 烧 毁 电路板 。开 机 前 一 般 先查 看循 环 水 屋 的 空 调 是
否正常工作 ，循环水的温度是否正常。循 环水最好是三次水 ， 循环水的水面要 高于水漂低于 出水 口，因此隔几个月需查看循
环 水 是 否 减 少 以 及是 否干 净 ，水 减 少 时及 时添 加 ，若 循 环 水 脏 应 及时 更 换循 环水 ，宜 半 年到 一年 更换 一 次 。 ３ 空气 压缩 机 的要 求
镜 ，此 电镜 的 点分 辨 率 为０ ． １ ９ ４ ａ ｍ， 晶格 分 辨 率 为 ０ ． １ ４ ｎ ｍ，最 大 放 大 倍 数为 １ ５ ０ 万 倍 ，是 非 常 贵重 和 精 密 的设 备 ，因此 正 确使
中南大学-透射电镜-高分辨显微术
对主要由轻元素组成的薄晶体，展开上式，略 去高次项，可得:
（7）
按照弱相位体近似，试样下表面处的透射电子波与试样沿 电子束方向的晶体电势投影分布成线性关系。如果在以后的成 像过程中，物镜是一个理想无像差透镜，则它可以将A（x，y） 还原成真实反映晶体结构的像面波。然而实际情况不是这样， 物镜存在像差.这就要考虑像差对A(x,y)的调制。下面讨论这种调 制和其它因素对成像过程的影响。
A(x)可以分解为一系列频率函数G1(υ)G2(υ)G3(υ)G4(υ)---
逆过程，一些列频率函数G1(υ)G2(υ)G3(υ)G4(υ)—可以合成 出原函数A(x)
推而广之，两个函数只要他们的自变量之间存在某种可以 表述的函数关系，例如倒空间和正空间之间的关系，都可 写成：
• ②物镜的成像过程 • 具体到电镜上的成像过程，可用下图 示意表示。物镜对试样下表面的物面波 A(x，y)进行富里叶变换，得到后焦面上 的衍射波函数（衍射谱）G（h，k），记 作：
Si4N4与SiC晶界的高 分辨TEM像在电子束 具有良好相干性条件 下拍摄的晶界高分辨 结构像。 箭头所指区域为孪 晶.A为晶界
1 原理概述
高分辨电子显徽术是一种基于相位衬度成像机制的成像技术。 （1）透射函数 相位相同的入射电子束受晶体势场的调制，在试样下表面各点， 形成了携带结构信息的振幅和相位均不同的电子波场。在加速电压 E下，运动电子的波长，由下式表示:
引入附加相位位移的最常用方法是利用物镜的球 差和散焦
左图是球差产生相位位移示意图。 从靠近物镜前焦面A点，与光轴成 倾角离开试样下表面的电子束， 经物镜作用后本应交物镜后焦面 于C点，但由于物镜球差的缘故， 使其偏离原路径角，交后焦面于D 点。C、D两点相距为dR。这样， 由于路径的改变，出现了光程差
超高分辨率电子显微镜技术的研究前沿
超高分辨率电子显微镜技术的研究前沿超高分辨率电子显微镜技术是当今材料科学和生物医学研究领域中最受欢迎的分析方法之一。
该技术的原理是通过使用高能电子束来探测样本结构的微观特征。
近年来，随着电子显微镜技术的不断发展，超高分辨率电子显微镜技术的研究前沿也逐渐展现出来。
1. 透射电子显微镜技术（TEM）的发展透射电子显微镜是一种能够在原子尺度下探测三维宏观结构的重要工具。
这种技术最早于1930年代被发明，近年来随着电子束的能量、空间分辨率和信噪比的提高，透射电子显微镜技术的研究取得了很大的进展。
最近，科学家们利用透射电子显微镜技术研究了金属纳米颗粒的结构和动力学。
他们发现，通过在纳米颗粒中引入杂质，可以显着增强金属纳米颗粒的催化活性。
此外，透射电子显微镜技术还被广泛应用于生物医学领域，如分析细胞膜蛋白结构的变化以及病毒与细胞相互作用的研究。
随着技术的进步，电子显微镜早已不只是研究小分子和物质的工具，而是在许多领域成为研究的重要手段。
2. 原子力显微镜（AFM）的进展原子力显微镜是一种可以在原子尺度下观察到样品表面形貌和表面力学性质的仪器。
随着技术的成熟，原子力显微镜已经成为研究新型材料的重要工具之一。
例如，人们利用原子力显微镜研究了具有重大科学应用价值的二维纳米材料，例如石墨烯。
通过使用原子力显微镜技术，他们成功地观察到了单层石墨烯的原子结构，同时还研究了石墨烯的电传输特性。
此外，原子力显微镜还被广泛应用于生物医学研究中，例如研究蛋白质和DNA的结构。
3. 光电子能谱显微镜（PEEM）的应用光电子能谱显微镜是一种可见光或紫外线光照射样品后，测量样品电子发射能谱图的仪器。
这种技术最初被广泛用于材料科学和表面化学领域，但是随着技术的发展，它已经逐渐应用于生物体系与材料界面的研究中。
PEEM技术被广泛应用于生物体系研究，例如研究细胞膜蛋白和生物分子的表面电荷分布，以及在细胞内探测特定物质的空间分布和组织学变化。
电子显微镜高分辨率成像原理解析
电子显微镜高分辨率成像原理解析电子显微镜是一种利用电子束代替光束进行成像的高分辨率显微镜。
相比传统光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和更强的穿透能力，因此在物理学、材料科学、生物学等领域具有广泛的应用。
本文将解析电子显微镜的高分辨率成像原理。
电子显微镜的高分辨率成像原理基于电子波的性质。
与光波相比，电子波有更短的波长，因此可以提供更高的分辨率。
电子显微镜中使用的是加速的电子束，其波长约为0.004 nm，远远小于可见光的波长（约为500 nm）。
由于波长的差异，电子波在物质中传播时与光波有明显不同的相互作用。
在电子显微镜中，电子束首先通过电子枪发射出来。
电子枪由一个热阴极和一系列电场构成，使电子获得高速和定向。
然后，电子束经过一系列电磁透镜进行聚焦，以提高成像的分辨率。
透镜的聚焦原理与光学显微镜中的透镜类似，但是由于电磁透镜对电子束的作用是基于电磁力而不是折射，因此可以实现更高的分辨率。
在样品前面放置一个光学透镜或者一个透明的薄膜，这样可以让电子束在穿过样品之前先经过一次散射。
散射过程会产生一个衍射斑，其中包含了有关样品的信息。
这个衍射斑被成像系统接收，并通过数学逆变换（如傅里叶变换）来还原成样品的图像。
为了获得高分辨率的成像，电子显微镜通常使用透射电子显微镜（TEM）。
在TEM中，电子束穿过非常薄的样品，然后通过光学透镜进行成像。
这种设计可以减少样品与电子束之间的相互作用，提高成像的分辨率。
另一种常用的电子显微镜是扫描电子显微镜（SEM）。
在SEM中，电子束通过针尖和样品之间的空间，而不是穿过样品。
电子束扫描样品表面，并通过扫描电子显微镜的探测器接收反射、透射、散射的电子，然后将这些信号转化为图像。
SEM通常用于观察样品表面的形貌和细微结构。
除了分辨率，电子显微镜的成像质量还取决于样品的制备和环境条件。
样品的制备通常涉及将样品切割成非常薄的切片，并在真空或低压环境中进行观察，以避免电子束与空气分子相互作用。
TEM-10
2 其中： [ (r )] ＝ －4 (r) 电荷密度函数
I (r) ＝ 1＋2f (r) 即： I(r)与ρ(r)成线形关系 ρ(r)与原子的周期势场有关，这样就建立了物与像的一一对应关系。
3)赝弱相位物体相互理论(考虑厚度对衬度的影响)
四、高分辨电镜的试验技术
HR
NBD
5 K/ min
E (412 C)
250
300
350
400
450
500
Temperature (C)
000
130
220
1-10
incommensurate
[002] Zr2Ni (T)
FT
IFT
The HR images and NBD of QCs with 2f, 3f and 5f symmetries HR HR HR
1、高分辨电镜的技术要求
照明光源有足够的亮度，采用LaB6灯丝， V,I稳定
放大倍数足够大，一般 M>50~100 万倍
2、试验技术
合轴：电子束与所以透镜的光轴精确重合
薄区：寻找理想薄区，一般, 100 KV， 1000 KV， t<10nm t<50nm
寻找合适的晶带轴，使其与光轴严格重合。
Chapter 7 高分辨电镜及 高分辨衍衬像原理
一、高分辨电镜与普通电镜的区别
高分辨电镜
分辨率高 ∆r≈2Å 放大倍数M=50~ 100万倍 多束成像(至少一透 射束+一衍射束)
球差 相位衬度 散焦 欠焦 转化 振幅衬度
普通电镜
∆r=1nm M=20~30万倍
明(透射束)
金属晶体的高分辨电镜图像
金属晶体的高分辨电镜图像金属晶体的高分辨电镜图像金属晶体是由金属原子按照一定的几何排列方式组成的晶体结构。
高分辨电镜是一种用于观察材料微观结构的仪器，它能够提供高分辨率的图像，显示出晶体的细节和原子的位置。
下面是根据金属晶体的高分辨电镜图像所进行的步骤思考。
第一步，观察晶体的整体形状和外貌。
首先，我会仔细观察晶体的外观，如是否呈现出规则的几何形状，是否存在明显的表面和边界。
通过这些观察，我可以初步了解晶体的形貌和尺寸。
第二步，分析晶体的晶格结构。
在电镜图像中，我会关注晶体的晶格结构，即原子的排列方式。
通过观察图像中的晶格点和晶格面，我可以确定晶体的晶格类型，如立方晶格、六方晶格等。
第三步，观察晶体的晶面和晶界。
在高分辨电镜图像中，我会特别注意晶体中的晶面和晶界。
晶面是晶体内部的平坦面，而晶界是两个晶体颗粒的交界处。
通过观察晶面的形状和晶界的结构，我可以推断出晶体的生长过程和可能存在的晶界缺陷。
第四步，测量晶体的晶格常数。
利用高分辨电镜图像，我可以测量晶体的晶格常数，即晶格中相邻原子之间的距离。
通过测量晶格常数，我可以确定晶体的晶胞参数，从而进一步了解晶体的结构和性质。
第五步，研究晶体的晶体缺陷。
在高分辨电镜图像中，我会寻找晶体中的缺陷，如位错、空位和间隙等。
这些缺陷可以对晶体的力学性能和电学性能产生重要影响。
通过研究晶体缺陷，我可以进一步理解晶体的生长和变形机制。
总之，金属晶体的高分辨电镜图像提供了观察晶体微观结构的重要途径。
通过仔细观察和分析电镜图像，我们可以了解晶体的形貌、晶格结构、晶面和晶界、晶格常数以及晶体缺陷等信息。
这些信息对于理解晶体的性质和行为具有重要意义，也为材料科学和工程提供了重要的参考依据。
高分辨电镜(TEM)分析操作指南
JEM2100F操作注意事项：1.抽拔样品杆时置KV档，抽真空<2×10-5Pa才可以开beam阀。
2.抽拔样品杆1）先置KV档2）将样品杆归零（如果是双倾台，拔下Y线）3）抽拔样品杆到不能动位置向内旋置顶端再抽拔一次再旋置顶端4）真空开关调下，听到放气声再全部拔出。
3.关机时，降高压160KV，即Stand By.4.下班前烘液氮：插加热棒；调KV档;maintenance--ACD Bake---ACD heat: on 开机步骤1：如果开始的光斑不是一个，而是多个类似衍射斑点的话，需要先调整Z方向将光斑缩小成一个点。
步骤2：照明系统合轴2.1. 电子枪合轴：1.开电子枪，按下STD FOCUS，倍率x40k，spot 1，Alpha 3；2.Maintenace---Alignment：调出面板，选择Anode+Gun3.调节DEF/STIG X，Y，直到光斑同心收缩（所有按钮旁边的CRS按键：按亮为粗调，暗为细调）4.关掉Anode2.2 Spot1-spot5合轴（1-5和轴）：1.Maintenance-Alignment 选取DEF Selector-Gun，转动BRIGHTNESS，将光斑束缩小之后，将Spot size 调至1，以Shift X,Y将光斑移到荧光屏中心2. Maintenance-Alignment 选择DEF Select-CLA (condenser lensaperture)，将Spot size 调到5，以Shift X,Y将光斑移到荧光屏中心。
3.重复上面两步，直到光斑不动，保持在中心为止。
2.3 聚光镜光阑校正：将光斑散开到与荧光屏相似大小，通过聚光镜光阑机械位置调节光斑位置到与荧光屏同心：调节Brightness，光斑能够同心收缩2.4 聚光镜消象散：1.顺时针调节Brightness，将光斑散开2.按下Cond STIG，调整DEF/STIG X,Y使光斑呈圆形。
材料科学中的高分辨率电镜技术的发展趋势
材料科学中的高分辨率电镜技术的发展趋势介绍材料科学是一门致力于改善人类生活，推动经济社会发展的学科，它的发展与新材料的研发密不可分。
高分辨率电镜是现代材料科学的重要手段之一，它在探究材料微观结构、物理性质和化学反应机理方面具有不可替代的作用。
随着材料科学的发展，高分辨率电镜技术也在不断演进。
一、历史发展电镜技术的历史可以追溯到20世纪初。
1931年，德国物理学家根尼奥斯发明了电子显微镜。
随后，1951年美国科学家罗素成功研制出第一台电子衍射仪，标志着电子显微镜技术进入了一个新阶段。
1965年，欧洲原子能委员会（Euratom）成立了一个由10个国家组成的协议，以贡献国内的电子显微镜技术和知识。
1983年，日本制造商日立开发了第一台透射电子显微镜的商业模型，此后电镜技术的应用迅速发展起来。
2009年，美国微观结构研究中心的科学家成功地在世界上首次观察到了准晶体的结构。
这一切的发展促进了高分辨率电镜技术的发展。
二、技术原理高分辨率电子显微镜是一种将电子束聚焦在样品表面或内部，通过观察电子束与物质相互作用所产生的信号来获得显微图像的化学分析和结构分析技术。
其强大分析功能可以使人们直观地观察到原子、分子和纳米尺度晶体结构的微观形态、晶体的结构缺陷、材料导电性和光学性能等各种物理性质，从而为材料研究、微观表征和新材料的研发提供了强有力的支撑。
三、未来发展趋势1. 更高的空间分辨率高分辨率电子显微镜的空间分辨率是衡量其性能的重要指标之一，随着技术的不断发展，其空间分辨率可达到纳米甚至是皮米级别，这使电子显微镜可以直接观察到原子运动的过程。
未来高分辨率电子显微镜将快速增加对低维材料的研究，比如石墨烯、碳纳米管和二维材料等，针对这些低维材料的特殊性质，需要研究新的显微技术。
2. 光学与电子加亮技术的创新由于电子束造成的碰撞过程易于损伤样品，因此样品对电子束的敏感性成为了一个必须考虑的问题。
为了提升显微镜的分辨率和增强信噪比，高分辨率电镜需要光学与电子加亮技术的创新。
高分辨透射电镜(HRTEM)粉末样品制备方法
高分辨透射电镜（HRTEM）粉末样品制备方法电子显微镜（Transmission electron microscope，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。
通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。
在实际操作TEM之前，要求所测试样必须满足一定的条件，针对不同类型的试样有不同的制取方法。
样品要求：1．粉末样品基本要求（1）单颗粉末尺寸最好小于1μm；（2）无磁性；（3）以无机成分为主，否则会造成电镜严重的污染，高压跳掉，甚至击坏高压枪；2．块状样品基本要求（1）需要电解减薄或离子减薄，获得几十纳米的薄区才能观察；（2）如晶粒尺寸小于1μm，也可用破碎等机械方法制成粉末来观察；（3）无磁性；（4）块状样品制备复杂、耗时长、工序多、需要由经验的老师指导或制备；样品的制备好坏直接影响到后面电镜的观察和分析。
所以块状样品制备之前，最好与TEM的老师进行沟通和请教，或交由老师制备。
送样品前的准备工作1．目的要明确：（1）做什么内容（如确定纳米棒的生长方向，特定观察分析某个晶面的缺陷，相结构分析，主相与第二相的取向关系，界面晶格匹配等等）；（2）希望能解决什么问题；2．样品通过X-Ray粉末衍射（XRD）测试、并确定结构后，再决定是否做HRTEM；这样即可节省时间，又能在XRD的基础上获得更多的微观结构信息。
3．做HRTEM前，请带上XRD数据及其他实验结果，与HRTEM老师进行必要的沟通，以判断能否达到目的；同时HRTEM老师还会根据您的其他实验数据，向您提供好的建议，这样不但能满足您的要求，甚至使测试内容做得更深，提高论文的档次。
3．粉末样品的制备1．选择高质量的微栅网（直径3mm），这是关系到能否拍摄出高质量高分辨电镜照片的第一步；（注：高质量的微栅网目前本实验室还不能制备，是外购的，价格20元/只；普通碳膜铜网免费提供使用。
高分辨率电子显微镜技术
高分辨率电子显微镜技术电子显微镜（Electronic Microscope）是一种使用电子豪森对物体进行照射并通过对电子束散射的收集与分析得到物体细节的一种显微镜。
高分辨率电子显微镜技术（High-Resolution Electron Microscopy，简称HRTEM）是现代科学研究中非常重要的一项技术。
一、电子显微镜技术的发展历史电子显微镜技术起源于1931年，由德国物理学家布舍发明，但由于受限于技术条件，直到20世纪40年代中期才真正得到发展。
1942年，于堪萨斯州的University of Toronto的莱斯特·布罗德比率先提出了电子显微镜的设计图纸，开创了电子显微镜的时代。
50年代，随着透射电子显微镜的发展，人们开始能够观察到原子尺度下的细节。
在20世纪60年代，随着扫描电子显微镜的问世，人们能够观察到更高的分辨率，表面形貌也可见，这推动了材料科学和生物科学的研究。
二、高分辨率电子显微镜的原理与结构高分辨率电子显微镜主要包括以下三个部分：电子源、透射系统和检测系统。
电子源是指发射电子的装置，常见的有热阴极和场发射电子源。
透射系统是指将电子束引导到样品的过程，其中最关键的是电子透镜系统，用于聚焦电子束。
检测系统可以分为像差补偿系统和探测器系统。
在高分辨率电子显微镜中，通过控制电子的聚焦和倾斜，利用电子在物质中的相互作用与散射产生的信息，可以得到高分辨率的图像。
三、高分辨率电子显微镜应用领域1. 材料科学领域：高分辨率电子显微镜技术可以观察到材料的原子结构、晶格缺陷、界面结构等细节，有助于研究新材料的合成和性能优化。
2. 纳米科学与纳米技术领域：高分辨率电子显微镜技术能够观察到纳米材料的形貌、内部结构和元素成分等信息，对纳米材料的制备和性质研究有重要意义。
3. 生物学领域：高分辨率电子显微镜技术可以观察到生物组织细胞的超微结构，对于解析生物分子的结构和功能具有重要的作用，如观察到蛋白质的三维结构、细胞器的形态和分布等。
HRTEM高分辨标定-1
1.HRTEM和TEM有什么区别呢？样品什么情况下适合做TEM？什么情况下需要做HRTEM? 另外，做HRTEM制样的时候，样品的量用多少合适？HRTEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy )就是高分辨率的透射电镜，它只是分辨率比较高，所以一般透射电镜能做的工作它也能做，但高分辨电镜物镜极靴间距比较小，所以双倾台的转角相对于分析型的电镜要小一些。
用HRTEM研究纳米颗粒可以通过结合高分辨像和能谱分析结果来得到颗粒的结构和成分信息。
TEM透射电子显微镜（英语：Transmission electron microscopy，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。
通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2µm、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。
2.这三张图分别是尖晶石相的样品拍出的高分辨图片以及其对应的FFT，还有一张衍射条纹图，我用DM软件手动量了多个相邻原子的距离，发现差别很大，最小量的是0.297nm，最大可以到0.387，这样的话，晶面如何归属啊？另外就是这种手动测量误差很大吧，我已经很细心去丈量，结果貌似相邻距离并不是很相近，所以想问下各位大侠这种情况应该如何处理？还有就是关于这个衍射条纹的图，从图中能读出什么信息呢？通过HRTEM的高分辨衬度条纹，可以量出相应的晶面间距为0.5nm，可以对材料的PDF卡片看下这个间距对应的是哪个晶面的晶面间距，这样就可以把条纹所代表的晶面确定下来。
最下面的SAED点比较杂乱，可能是所选区处含有多种晶向的晶体，因此可能会得到几种方向斑点重合的的SAED。
你所测得的0.297nm或0.387nm都是对的，但是对应于不同的晶面衍射，究竟是对应哪个还是需要对比PDF卡片数据进行指认。
高分辨率扫描电子显微镜在纳米材料表征中的应用
高分辨率扫描电子显微镜在纳米材料表征中的应用引言：纳米材料具有独特的物理、化学和机械性质，因此在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
为了深入理解纳米材料的性质和行为，准确表征其形貌和结构非常重要。
高分辨率扫描电子显微镜（HR-SEM）作为一种强大的表征工具，逐渐成为纳米材料研究中不可或缺的设备。
本文将介绍高分辨率扫描电子显微镜的原理、技术和在纳米材料表征中的应用。
一、高分辨率扫描电子显微镜的原理和技术高分辨率扫描电子显微镜是通过电子束扫描样品表面，利用电子和样品之间的相互作用收集信号，再通过图像处理和分析，获得样品表面形貌和结构的一种仪器。
与传统的光学显微镜相比，HR-SEM具有更高的分辨率和更大的深度。
HR-SEM的主要部件包括电子光源、电子透镜、样品台、检测系统和图像处理系统。
电子光源发射出高能电子束，经过电子透镜系统的聚焦和定位，然后通过样品台送到样品表面。
电子束与样品表面发生相互作用，产生多种信号，如二次电子、反射电子和散射电子。
这些信号被检测系统接收并转换为电信号，再经过图像处理，最终形成显微照片或图像。
二、高分辨率扫描电子显微镜在纳米材料表征中的应用1. 表面形貌表征：HR-SEM能够提供纳米尺度下的表面形貌信息。
通过扫描样品表面，可以获得样品的三维形貌、纹理、凹凸和颗粒分布等信息。
这对纳米材料制备过程中的形貌控制、性能改进以及物理机理研究非常重要。
2. 结构分析：HR-SEM通过利用电子束与样品的相互作用，可以探测样品的晶体结构和晶格参数。
通过选取不同的检测信号，如反射电子和散射电子，可以获得纳米材料的晶面信息、晶体拓扑结构等。
3. 化学成分分析：HR-SEM结合能谱仪（EDS）可以进行样品的化学成分分析。
EDS能够检测样品表面散射或发射的X射线，并通过能谱分析得到样品中的元素组成和含量。
这对纳米材料的组成分析、掺杂和杂质检测等具有重要意义。
4. 界面和纳米结构研究：许多纳米材料在应用中依赖于其界面和纳米结构的特殊性质。
日本电子jem-2100高分辨透射电镜
附件：日本电子JEM-2100高分辨透射电镜/ JSM-7600F场发射扫描电镜简介JEM-2100高分辨透射电镜一、主要部件JEM-2100主机，ORIUS SC1000型CCD，牛津80mm2电制冷X射线能谱仪（EDS），双轴倾转样品杆二、主要指标电子枪：LaB6（六硼化镧）点分辨率：0.23 nm线分辨率：0.14 nm加速电压：80, 100, 120, 160, 200kV束斑尺寸： 1.0至25 nm放大倍数（高倍模式）：2000至1,500,000放大倍数（低倍模式）：50至6,000CCD分辨率：4008×2672 max.倾斜角：±35º采用MS Windows为基本操作界面，操作直观简便。
三．特色功能⏹除高分辨、电子衍射和能谱等基本功能外，该电镜还具备纳米束电子衍射（NBD）、汇聚束电子衍射（CBD）功能，适用于纳米晶体、多相合金、复合材料的衍射表征。
⏹配备扫描透射电镜（STEM）模式，可采集STEM明场像和暗场像，并配合能谱实现微区元素分析和元素分布图（Mapping）。
JSM-7600F场发射扫描电镜一、主要部件JSM-7600F场发射扫描电镜，牛津80mm2电制冷X射线能谱仪（EDS），背散射探头（BSE）二、主要指标电子枪：热场发射二次电子像分辨率： 1.5 nm（1 kV，GB 模式），1.0 nm（15 kV）放大倍数：25 至1,000,000×加速电压：0.1 至30 kV束流： 1 pA 到200 nA（15 kV时）数字图像：5120×3840 max.样品水平行程(X-Y)：140 mm×80 mm倾斜角度：-5 至+70°旋转角度：360°工作距离： 1.5 mm 至25 mm配备上方和低位SEI探测器、BSE探测器三．特色功能⏹Gentle Beam模式（即“减速模式”）可将电子束损伤降低到最低程度，适用于不导电样品表征。
高分辨率电子显微镜的原理
高分辨率电子显微镜的原理高分辨率电子显微镜（High-resolution electron microscopy，简称HRTEM）是一种在实验室中使用的非常重要的工具，主要用于观察物质的结构和性质。
它是由约瑟夫·波·鲁道夫（Joseph John Thomson）于1927年发明的，利用电子束取代光束，可以获得比传统光学显微镜更高的分辨率。
该仪器在材料科学、半导体技术、纳米技术等领域中被广泛应用，为科学家们提供了更深入的了解物质内部结构和原子排列的手段。
高分辨率电子显微镜的结构和图像显示原理高分辨率电子显微镜的结构比较复杂，一般由多个部分组成。
主要包括电子枪、减速器、取样器（样品架）、底座、透镜、荧光屏和电子学检测器等。
简单来说，高分辨率电子显微镜的原理是向金属材料表面发射电子束，利用电子束与物质发生相互作用，通过控制电子束来扫描样品表面，获得高清晰度的图像。
在高分辨率电子显微镜中，电子束通过电子枪产生，并由减速器加速到一定速度。
然后电子束进入透镜系统，透镜对电子束进行聚焦，使其具备足够高的空间和时间分辨率，此时经过磁场的分离，电子束会被聚焦到样品表面。
样品放置在样品架上，由于电子束的能量足够高，可以穿过样品表面，与样品中的原子发生相互作用。
在与样品原子的相互作用中，电子束会发生一系列变化。
其中最重要的变化是反射、穿透和散射等效应。
当电子束到达样品表面时，一部分电子会被反射回来，这是高分辨率电子显微镜中产生信号的重要途径之一。
这些反射电子可以反射回到电子显微镜的接收器中，并被检测器检测到。
由于这些电子的能量和角度不同，因此在电子显微镜中可以产生不同的图像。
这些图像提供了与样品的形态、结构、物理和化学性质有关的信息。
除了反射效应，电子束还可以穿透样品。
该效应的应用是制备电子衍射图及需进行电子能谱的材料分析。
电子绕射图是一种通过在不同的方向上测量电子的强度来获得样品中晶体结构信息的技术。
完整版TEM高分辨透射电镜讲稿
?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
高分辨率电子显微镜揭示物质微观结构和性质
高分辨率电子显微镜揭示物质微观结构和性质高分辨率电子显微镜（High-Resolution Electron Microscope，简称HRTEM）是一种功能强大的工具，可以帮助我们揭示物质的微观结构和性质。
它利用电子束而不是光束，绕过了光学显微镜的分辨率限制，能够观察到更小尺寸的物体，并提供更高的分辨率。
HRTEM的运用已经在各个领域取得了重要的研究成果，如纳米材料、催化剂、生物分子等。
本文将介绍HRTEM的工作原理以及其在物质微观结构和性质研究中的应用。
HRTEM的工作原理基于电子的波粒二象性。
当高能电子束通过物质时，会与物质的原子发生相互作用，发生弹性散射、非弹性散射和衍射等现象。
HRTEM将这些散射信号进行收集和分析，可以重构出物质的微观结构。
HRTEM的分辨率主要依赖于电子束的能量和物质特性，高能的电子束能够穿透更厚的样品，并产生更多的散射信号，从而提高分辨率。
同时，许多因素，如透射电子显微镜的设计、样品准备和分析技术等，也会影响HRTEM的分辨率。
HRTEM在物质微观结构研究中发挥着重要的作用。
首先，HRTEM可以观察到无机物和有机物的晶体结构。
它能够揭示晶体的晶胞参数、晶体的排列方式以及晶体缺陷等信息。
这些信息对于了解材料的力学性能、导电性能、光学性能等具有重要意义。
其次，HRTEM可以研究材料的纳米结构。
纳米材料具有尺寸效应和表面效应，其性质常常与其微观结构密切相关。
HRTEM可以通过观察和分析纳米材料的晶界、孪生界、缺陷等微观结构来揭示其独特的物理、化学和力学特性。
除了揭示物质的微观结构，HRTEM还可以帮助研究物质的性质。
例如，HRTEM可以通过电子能量损失谱（Electron Energy Loss Spectroscopy，简称EELS）来研究材料的化学成分和电子结构。
EELS测量电子束通过样品时的能量损失，根据这些信息可以确定样品中元素的组成以及电子的能带结构。
这对于研究催化剂的活性中心、表面化学反应、电子结构调控材料等方面具有重要意义。
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高分辨电镜的应用-晶界
无需知道晶体结 构时，晶格像 可以轻松显示 晶界位置，晶 粒大小
高分辨电镜的应用-相界
• 晶格像可以轻松显示相界位置，结晶状态
未结晶的区 域没有晶格 像
本讲要回答的问题
• 如何诠释高分辨图像？图像中显示的条纹或者亮暗 分布是否就对应原子排列？
• 高分辨电镜的衬度原理是什么？ • 电镜的像差和操作条件如何影响图像？
条纹交叠
晶格条纹像的形成过程
• 当只有透射束和一个强衍射束参加成像时，两电子 束干涉得到条纹像
I’ 0
I0
晶格条纹像的形成过程
Moiré像:不同周期和取向的条纹交叠
晶格条纹像的形成过程
• 当有透射束和两个以上强 衍射束参加成像时，多个 电子束干涉得到晶格像
I’ 0
I0
高分辨电镜的一维晶格像
• Bi-Sr-Ca-Cu-O，结合衍射图可知参与衍射的晶面
高分辨电镜
2020年4月23日星期四
参考书
• 讲义 • 材料评价的高分辨电子显微方法，近藤大辅，1998
• D.Shindo, K. Hiraga, High Resolution Microscopy for Materials Science, Springer, 1998,戎永华,分析 电子显微学导论，高等教育出版社，2006，7-040199042-4
高分辨成像过程描述——小结
衍射波合成的数学处理——傅里叶变换
• 若定义 • 求变和量变A(成k)＝了F对(kk)的, 我积们分得，到A了由任分意离函变数量的An傅变氏成变连换续
和反傅氏变换
– F(X) 和 f’(x) 常被称为傅氏转换对函数
• 傅氏变化的物理意义是，eikx是波失为k的简谐波， f(k)为其在波函数F(x)展开中的权重，也是波的振 幅。
• David B. Villiams, Transmission Electron Microscopy: A Text book for Material Science, Plenum Press,1996
高分辨电子显微镜的应用——晶格像
• 晶界
高分辨电子显微镜的应用——晶格像 • 孪晶
高分辨电子显微镜的应用——晶格像 • 纳米金颗粒
• 样品出射波经过物镜系统传递到像平面上，得到高分辨电子显 微像（即样品出射波函数经过传递函数处理后得到像函数）
成像系统中的信息传递过程
成像过程就是传递函数对样品出射波的调制
物
平
面
上
样 品
的 样 品
射
出
波
不同的散射角被定义成空间频率
FT
高频通道 Inverse FT
低频通道
高频通道
输入
输出
像 平 面像 上记 的录 物 波
由于高角度散射穿过电磁透镜时
存在很大相差，因此我们希望
收集低角度子波。但是：
O
如果只收集低角度的电子束成像 必然造成样品信息丢失
1OO23
高角度（高频率）上的电子衍射 束影响着图像的质量；
物平面
G O -G
后焦面
I3
I2 I1 成像面
衍射波合成的数学处理——傅里叶变换
• 任意形式的周期函数可 以用一系列正旋和余旋 函数展开
1）样品出射波可以分解为不同空间频率的子波，各个子波在
成像系统中独立传播。
空间频率对应不同角度的 散射波
kxy＝kx＋ky kxy kxy
勇于开始，才能找到成 功的路
O
G O
1OO23
-G
物平面
后焦面
I3
I2 I1 成像面
阿贝成像原理
2）图像由透镜调制后的各个子
波合成得到
3）图像质量取决于收集到的子 波数目和透镜对各子波传递质 量
• Image and exit wave can be decomposed in terms of periodic wavelets of different spatial frequency. Image system transfers each individual spatial frequency components.
附录1——相干成简谐波： • 波动现象的描述 • 波的叠加和干涉 • 相干叠加 ：若同频
率、同方向振荡且具 有恒定初始相位的两 个简谐波叠加，其合 成波也是简谐波，其 振幅为：
由于波的相干叠加而在 空间形成的固定强度 的周期性分布——干
晶格条纹像的形成过程
Moiré像: 不同周期和取向的
纳米管
高分辨电镜的成像过程
电子源 入射电子波
样品
物镜 后焦面 像平面
样品出射 波函数
• 样品对入射电子波的调制，导致样品出射波函数中携带了样品 原子排列信息（本部分在电子衍射物理中讨论）
• 样品出射波经过物镜系统传递到像平面上，得到高分辨电子显 微像（即样品出射波函数经过传递函数处理后得到像函数）
理想透镜成像过程的数学描写
• 样品出射波: • 第一次傅里叶变换，样品出射波的衍射迭加，得
到衍射束
• 透镜作用：将衍射电子束会聚在透镜后焦面上 • 第二次反傅里叶变换，衍射束子波合成得到图像
线性函数线性成像系统
O 1OO23
物平面
G O -G
后焦面
I3
I2 I1 成像面
透镜成像过程的数学描写——线性成像系统
理想系统的物与像成比例，即样品出射波与图像波函数为 T（k）＝1
空间频率
• 衍射角度和波长成反比关系
• 我们定义 光栅的空间频率（d-1） • 衍射角度取决于晶面间距/光栅间距
• 对二维样品，衍射方向和空间频率 均为矢量
• kxy＝kx＋ky • kxy kxy
kout
kxy
kjn
阿贝成像原理
质厚衬度：由于样品质量厚度不同造成透射束的差异，生物
样品和粉末颗粒中纳米管，常见。
衍射衬度：晶体样品不同区域满足衍射布拉格条件不同而得
到不同振幅强度。
相位衬度：相干电子束干涉成像，多见高分辨图像
高分辨电镜的成像过程
电子源 入射电子波
样品
物镜 后焦面 像平面
样品出射 波函数
• 样品对入射电子波的调制，导致样品出射波函数中携带了样品 原子排列信息（本部分在电子衍射物理中讨论）
• 样品出射波:
• 每个子波单独传播，分别受到传递函数的调制
勇于开始，才能找到成 功的路
• 整个图像是所有这些分波叠加的结果
高分辨成像过程描述——小结
传递函数
T(kxy)
使每个子波的相位都被改变，产生不同大小的附加位相角
像平面上的物波
样
高频
品
射
低频
出
波
高频
样品波函数 样品出射波
高频 低频 高频
输出波函数