材料分析测试 第八章 透射电子显微分析优秀PPT
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透射电子显微分析在材料科学分析技术中的应用PPT课件
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1.2 TEM发展简史
• 1924年de Broglie提出波粒二象性假说 • 1926 Busch指出“具有轴对称性的磁场对电子束
起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”。
• 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行了电子衍射实验。
电子衍射实验1
•
1927年 C.J. Davisson & G.P. Germer 戴维森与 革 末用电子束垂直投射到镍 单晶，做电子轰击锌板的 实验，随着镍的取向变化， 电子束的强度也在变化， 这种现象很像一束波绕过 障碍物时发生的衍射那样。 其强度分布可用德布罗意 关系和衍射理论给以解释。
镍单晶
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第45页/共77页
物镜的球面像差一般通过在物 镜背焦面径向插入物镜光阑，物 镜的像散通常通过采用机械消像 散器、磁消像散器或静电消像散 器来减小。
46
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47
第47页/共77页
(2)中间镜和投影镜 中间镜和投影镜的构造和物镜是
36
第36页/共77页
1. 照明系统 照明系统的作用： ① 提供光源，控制其稳定度、照明
强度和照明孔径角； ② 选择照明方式(明场或暗场成像)。
37
第37页/共77页
(1) 电子枪 电子枪是透射电镜的电子源。因为
电子枪决定了像的亮度、图像稳定度 和穿透样品能力，所以相应地要求其 亮度、发射稳定度和加速电压都要高。 最常用的加速电压为50~100kV，近来 超高电压电镜的加速电压已达数千kV。
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1.2 TEM发展简史
TEM是量子力学研究的产品 黑体辐射：可以把金属看成近似的黑体，给它加热， 先呈暗红，而黄而白，发出耀眼的光线，能量随温度 的升高而增加。问题的焦点是求出能量、温度与波长 之间的关系式。 瑞利和金斯－紫外灾变 ，维恩－红外灾变 普朗克：辐射的能量不是连续的，像机关枪里不断射 出的子弹。这一份一份就取名为“量子”。能量子相 加趋近于总能量。 能量子又与它的频率有关：
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1.2 TEM发展简史
• 1924年de Broglie提出波粒二象性假说 • 1926 Busch指出“具有轴对称性的磁场对电子束
起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”。
• 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行了电子衍射实验。
电子衍射实验1
•
1927年 C.J. Davisson & G.P. Germer 戴维森与 革 末用电子束垂直投射到镍 单晶，做电子轰击锌板的 实验，随着镍的取向变化， 电子束的强度也在变化， 这种现象很像一束波绕过 障碍物时发生的衍射那样。 其强度分布可用德布罗意 关系和衍射理论给以解释。
镍单晶
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物镜的球面像差一般通过在物 镜背焦面径向插入物镜光阑，物 镜的像散通常通过采用机械消像 散器、磁消像散器或静电消像散 器来减小。
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(2)中间镜和投影镜 中间镜和投影镜的构造和物镜是
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1. 照明系统 照明系统的作用： ① 提供光源，控制其稳定度、照明
强度和照明孔径角； ② 选择照明方式(明场或暗场成像)。
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(1) 电子枪 电子枪是透射电镜的电子源。因为
电子枪决定了像的亮度、图像稳定度 和穿透样品能力，所以相应地要求其 亮度、发射稳定度和加速电压都要高。 最常用的加速电压为50~100kV，近来 超高电压电镜的加速电压已达数千kV。
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1.2 TEM发展简史
TEM是量子力学研究的产品 黑体辐射：可以把金属看成近似的黑体，给它加热， 先呈暗红，而黄而白，发出耀眼的光线，能量随温度 的升高而增加。问题的焦点是求出能量、温度与波长 之间的关系式。 瑞利和金斯－紫外灾变 ，维恩－红外灾变 普朗克：辐射的能量不是连续的，像机关枪里不断射 出的子弹。这一份一份就取名为“量子”。能量子相 加趋近于总能量。 能量子又与它的频率有关：
透射电子显微镜 ppt课件
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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。
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。
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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。
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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。
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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。
材料分析测试技术材料X射线衍射和电子显微分析课件
实际案例分析
材料A的X射线衍射和电子显微分析
通过结合应用，确定了材料A的晶体结构和微观结构特征，为其性能研究提供了 有力支持。
材料B的缺陷分析
利用X射线衍射和电子显微分析，成功检测到材料B中的晶体缺陷和微观结构变化 ，为优化制备工艺提供了指导。
材料X射线衍射和电
04
子显微分析的发展
趋势与未来展望
材料X射线衍射与电
03
子显微线衍射
01
局限性：对于非晶体或无定形材料，X射 线衍射效果不佳。
03
02
特点：能够确定晶体结构，提供宏观尺度上 的晶体信息。
04
电子显微分析
特点：高分辨率和高放大倍数，能够观察 材料的微观结构和表面形貌。
05
06
局限性：对于轻元素和某些化学态的识别 能力有限，且需要薄样品。
电子显微镜的工作原理
电子显微镜利用电子替代传统显微镜的光子，通过电子束 与样品的相互作用，将样品中的信息传递到荧光屏上，形 成图像。
分辨率和放大倍数
电子显微镜的分辨率和放大倍数主要取决于物镜的焦距和 中间镜的放大倍数，其分辨率通常比光学显微镜高，能够 观察更细微的结构。
电子显微镜的应用
生物医学研究
料X射线衍射和电子显微分析。
02
自动化和智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来的材料X射线衍射和电子显
微分析将更加自动化和智能化，能够自动识别、分类和处理数据。
03
多维度和多尺度分析
未来的材料X射线衍射和电子显微分析将能够实现多维度和多尺度分析
，从微观到宏观全面揭示材料的结构和性能。
技术发展面临的挑战与机遇
挑战
随着材料科学的发展，新型材料不断涌现，需要不断更新和完善材料X射线衍射和电子显微分析技术。同时，随 着环保意识的提高，如何降低这些技术对环境的负面影响也是一个重要的挑战。
篇电子显微分析PPT课件
带有带有极靴的磁透镜
极靴——进一
步缩小磁场轴 向宽度，在环 状间隙两边， 接出一对顶端 成园锥状的极 靴，可使有效 磁场集中到沿 透镜轴几mm范 围。
习题
• 电子波有何特征?与可见光有何异同? • 分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜
的结构对聚焦能力的影响。 • 电磁透镜的像差是怎样产生的?如何消除和减少像差? • 说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素
安培电流）,钨丝表面电子获得大于逸出功的 能量，开始发射
（1）电子枪
• 阳极： • 加速从阴极发射出来的电子，以获得所
须的足够大的动能 • 阳极板放在阴极的下方，阳极板的中心
小孔对准钨丝的尖端 • 一般是阳极接地，阴极带有负高压
（1）电子枪
• 阳极板存在的问题： • 如过分缩小阳极小孔，穿过小孔的电子
光学显微镜的局限性
• 可见光的波长在 • 对玻璃透镜来说，取最
3900~7600埃，则 大孔径半角α=70～750，
其极限分辩率为
在物方介质为油的情况
2000埃
下，，那么其数值孔径
• 半波长是光学玻璃 nsinα=1.25~1.35
透镜分辨本领的理
论极限
∆r。=(1/2)
2.1.2 电子性质
• 高速运动的电子所具有的动能: eU 1 mv 2 2
•
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：
•
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，现场观察辐射损伤; 减少波长散布像差; 增加分辨 率等，目前已有数部2-3MeV的 TEM在使用中。左图为200keV TEM之外形图。
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。
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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。
电子显微分析 PPT
电磁透镜得特点
4、 焦深
所谓焦深就是指在不影响透镜成象分辨率得前 提下,象平面可以沿透镜轴移动得距离。焦深反映了 观察屏或照相底板可在象平面上上、下沿镜轴移动 得距离。
电磁透镜得焦深大:对多级电磁透镜组成得电子 显微镜来说,终象得焦深超过10－20cm。电磁透镜 得这一特点给电子显微图象得照相记录带来极大方 便。只要在荧光屏上图象就是聚焦清晰得,那么在荧 光屏上或下十几厘米放置照相底片,所拍摄得图象都 将就是清晰得。
m kV,电子波长0、00251-0、
00536 nm,大约就是可见
(nm) 光得十万分之一。
电磁透镜
电子在磁场中得运动 电子在磁场中运动时所受到得洛伦茨力 F ＝e(v×B ) 1、 v与B平行 F＝0 2 v与B垂直: F ＝ ev B, 方向反平行与v×B,电子
运动速 度大小不变,只改变方向,做圆周运动。 evB ＝ mv2/R, R= mv/eB
透射电子显微镜得构造
成象系统
成象原理:一次成象,多级放大。
该系统包括样品室、物镜、中间镜、反差光栏、衍射光栏 投射镜以及其它电子光学部件。
经过会聚镜得到得平行电子束照射到样品上,穿过样品后就 带有反映样品特征得信息,经物镜与反差光栏作用形成一次电 子图象,再经中间镜与投射镜放大一次后,在荧光屏上得到最 后得电子图象。
如果把中间镜得物平面与物镜得像平面重合,则在荧光屏上 得到一幅放大像这就就是电子显微镜中得成像操作;如果把 中镜得物平面与物镜得背焦面重合,则在荧光屏上到一幅电子 衍射花样,这就就是透射电子显微镜中电子衍射操作。
透射电子显微镜得构造
透射电子显微镜得构造
观察照相室
电子图象反映在荧光屏上。荧光发光与电子束流成正比。 把荧光屏换成电子干板,即可照相。干板得感光能力与其波长 有关。
《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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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
TEM可以以不同的形式出现，如： 高分辨电镜（HRTEM） 扫描透射电镜（STEM） 高压电子显微镜（HVEM ） 分析型电镜（AEM）等等
入射电子束（照明束）也有两种主要形式： 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
8
第一节 透射电子显微镜工作原理及构造
第八章 透射电子显微分析
第一节 透射电子显微镜工作原理及构造 第二节 样品制备 第三节 透射电镜基本成像操作及像衬度 第四节 电子衍射原理 第五节 TEM的典型应用及其它功能简介
西南科技大学 张宝述
1
显微镜的发展
R.虎克在17世纪中期 制做的复式显微镜
19世纪中期的显微镜 20世纪初期的显微镜
带自动照相机 的光学显微镜
6
电子显微分析方法的种类
透射电子显微镜(TEM)简称透射电镜 电子衍射(ED)
扫描电子显微镜(SEM)简称扫描电镜 电子探针X射线显微分析仪简称电子探针(EPA或EPMA)
波谱仪(波长色散谱仪，WDS) 能谱仪(能量色散谱仪，EDS) 电子激发俄歇电子能谱(EAES或AES)
材料电子显微分析．张静武．北京：冶金工业出版社，2012 Transmission electron microscopy – a textbook for materials science. 2nd ed. Williams D B, Carter C B. New York: Plenum, 2009
4
学校分析测试中心
Carl Zeiss SMT Pte Ltd（德国蔡司）生产的 Libra 200FE 200kV场发射透射电子显微镜
主要配置 1．场发射透射电子显微镜基本单元 2．镜筒内置OMEGA 型能量过滤器 3．单倾样品杆、铍双倾样品杆 4．扫描透射附件（STEM） 5．电子能量损失谱仪（EELS） 6．Oxford能谱仪（EDS）
13
像 距v
物距u
减小激磁电流，可使电磁 透镜磁场强度降低、焦距 变长(由f1变为f2 ） 。 焦距f
电磁透镜(通过改变激磁电流)实现 焦距和放大倍率调整示意图
成像电子在电磁透镜磁场中沿螺旋线轨迹运动，而可见光是以折线形式穿 过玻璃透镜。因此，电磁透镜成像时有一附加的旋转角度，称为磁转角。 物与像的相对位向对实像为180，对虚像为。
3
JEM 1.25 MeV HVEM. Note the size of the instrument; often the high-voltage tank is in another room above the column.
Zeiss HRTEM with a Cs corrector and an in-column energy filter. Note the large frame to provide high mechanical stability for the highest-resolution performance.
主要技术指标 1．分辨率 点分辨率：≤0.24nm；信息分辨率： ≤0.14nm；能量分辨率: ≤0.7eV 2．放大倍数 最小放大倍数: 80×；最大放大倍 数: 1,000,000× 3．样品移动 X：≥2mm；Y: ≥2mm；Z： ≥±0.2mm (最高可以达到±0.4mm) 4．最大倾斜角：α= ±30°；β=±30°
5
主要功能 1.透射成像（明场、暗场）：用于分析材料的微观形貌、相结构、相
关系等； 2.电子衍射[选区电子衍射（SAED）、汇聚束衍射（CBED）、微区
衍射]：用于研究物质的晶体结构、材料的晶体学信息以及低维材料 的生长方向； 3.扫描透射成像（STEM）：用于材料的晶体结构及元素分布状态研 究； 4.高分辨成像（HRTEM）：用于研究材料微区晶格特征、晶体缺陷、 晶界、相变，界面关系等； 5.能量过滤成像（EFTEM）：用于研究材料中元素分布状态、元素 扩散、成分偏析等； 6.电子能量损失谱（EELS）：用于研究材料中元素组成、元素价态 信息以及材料介电系数等； 7.能量色散X射线谱（EDX）：用于研究材料的成分、元素分布以及 元素扩散、成分偏析等，可进行点、线、面扫描分析。
一、工作原理 透射电子显微镜的成像原理与光学显微镜类似。
项目 照明束 聚焦装置 放大倍数 分辨本领 结构分析
光学显微镜 可见光
玻璃透镜 小，不可调
低 不能
透射电子显微镜 电子（束） 电磁透镜 大，可调 高 能
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照明系统
成像系统
纪录系统
透射电子显微镜光路原理图
10
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）
（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
TEM可以以不同的形式出现，如： 高分辨电镜（HRTEM） 扫描透射电镜（STEM） 高压电子显微镜（HVEM ） 分析型电镜（AEM）等等
入射电子束（照明束）也有两种主要形式： 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
8
第一节 透射电子显微镜工作原理及构造
第八章 透射电子显微分析
第一节 透射电子显微镜工作原理及构造 第二节 样品制备 第三节 透射电镜基本成像操作及像衬度 第四节 电子衍射原理 第五节 TEM的典型应用及其它功能简介
西南科技大学 张宝述
1
显微镜的发展
R.虎克在17世纪中期 制做的复式显微镜
19世纪中期的显微镜 20世纪初期的显微镜
带自动照相机 的光学显微镜
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电子显微分析方法的种类
透射电子显微镜(TEM)简称透射电镜 电子衍射(ED)
扫描电子显微镜(SEM)简称扫描电镜 电子探针X射线显微分析仪简称电子探针(EPA或EPMA)
波谱仪(波长色散谱仪，WDS) 能谱仪(能量色散谱仪，EDS) 电子激发俄歇电子能谱(EAES或AES)
材料电子显微分析．张静武．北京：冶金工业出版社，2012 Transmission electron microscopy – a textbook for materials science. 2nd ed. Williams D B, Carter C B. New York: Plenum, 2009
4
学校分析测试中心
Carl Zeiss SMT Pte Ltd（德国蔡司）生产的 Libra 200FE 200kV场发射透射电子显微镜
主要配置 1．场发射透射电子显微镜基本单元 2．镜筒内置OMEGA 型能量过滤器 3．单倾样品杆、铍双倾样品杆 4．扫描透射附件（STEM） 5．电子能量损失谱仪（EELS） 6．Oxford能谱仪（EDS）
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像 距v
物距u
减小激磁电流，可使电磁 透镜磁场强度降低、焦距 变长(由f1变为f2 ） 。 焦距f
电磁透镜(通过改变激磁电流)实现 焦距和放大倍率调整示意图
成像电子在电磁透镜磁场中沿螺旋线轨迹运动，而可见光是以折线形式穿 过玻璃透镜。因此，电磁透镜成像时有一附加的旋转角度，称为磁转角。 物与像的相对位向对实像为180，对虚像为。
3
JEM 1.25 MeV HVEM. Note the size of the instrument; often the high-voltage tank is in another room above the column.
Zeiss HRTEM with a Cs corrector and an in-column energy filter. Note the large frame to provide high mechanical stability for the highest-resolution performance.
主要技术指标 1．分辨率 点分辨率：≤0.24nm；信息分辨率： ≤0.14nm；能量分辨率: ≤0.7eV 2．放大倍数 最小放大倍数: 80×；最大放大倍 数: 1,000,000× 3．样品移动 X：≥2mm；Y: ≥2mm；Z： ≥±0.2mm (最高可以达到±0.4mm) 4．最大倾斜角：α= ±30°；β=±30°
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主要功能 1.透射成像（明场、暗场）：用于分析材料的微观形貌、相结构、相
关系等； 2.电子衍射[选区电子衍射（SAED）、汇聚束衍射（CBED）、微区
衍射]：用于研究物质的晶体结构、材料的晶体学信息以及低维材料 的生长方向； 3.扫描透射成像（STEM）：用于材料的晶体结构及元素分布状态研 究； 4.高分辨成像（HRTEM）：用于研究材料微区晶格特征、晶体缺陷、 晶界、相变，界面关系等； 5.能量过滤成像（EFTEM）：用于研究材料中元素分布状态、元素 扩散、成分偏析等； 6.电子能量损失谱（EELS）：用于研究材料中元素组成、元素价态 信息以及材料介电系数等； 7.能量色散X射线谱（EDX）：用于研究材料的成分、元素分布以及 元素扩散、成分偏析等，可进行点、线、面扫描分析。
一、工作原理 透射电子显微镜的成像原理与光学显微镜类似。
项目 照明束 聚焦装置 放大倍数 分辨本领 结构分析
光学显微镜 可见光
玻璃透镜 小，不可调
低 不能
透射电子显微镜 电子（束） 电磁透镜 大，可调 高 能
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照明系统
成像系统
纪录系统
透射电子显微镜光路原理图
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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）