第九章透射电子显微分析

场发射枪的电子发射是通过外加电场将电Βιβλιοθήκη Baidu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，
使其形成直第径九章为透射d电子0显、微分会析聚/发散角为0的交叉
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双聚光第九镜章透照射电明子显微系分析统光路图
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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） 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
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第一节 透射电子显微镜工作原理及构造
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如何实现选区？
1、加物镜光阑 2、加选区光阑
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衍射花样标定
多晶金衍射花样
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多晶电子衍射花样的标定
指多晶电子衍射花样指数化，即确定花样中各衍射圆环 对应衍射晶面干涉指数（HKL）并以之标识（命名）各 圆环。
立方晶系多晶电子衍射花样指数化 经推导：d=C/R C为相机常数，R为某同心圆环半径 将d=C/R代入立方晶系晶面间距公式，得
式中：N——衍射晶面干涉指数平方和，即 N=H2+K2+L2。
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多晶电子衍射花样的标定
对于同一物相、同一衍射花样各圆环而言，（C2/a2）为常 数，有 R12：R22：…：Rn2=N1：N2：…：Nn
此即指各衍射圆环半径平方（由小到大）顺序比等于各圆 环对应衍射晶面N值顺序比。
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复习
凸透镜的焦点
O
F
O
焦点
F' F 焦平面
P A Q
B
O
F
透镜的成像 第九章透射电子显微分析
f Q'
A'
像平面
P'
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三、各种结构的衍射花样
1） 单晶体的衍射花样。
单晶电子衍射图是由规则排列的 衍射斑点构成的，是二维倒易平 面点阵的放大像，它可以给出试样 晶体结构和晶体学有关的诸多信息。
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3. 成像系统
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。 衍射操作：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。 成像操作：若使中间镜的物平面与物镜的像平面重合则得 到显微像。
立方晶系不同结构类型晶体系统消光规律不同，故产生衍 射各晶面的N值顺序比也各不相同。
不同入射方向的ZrO2衍射斑点 (a)[111]; (b)[011]; (c) [001]; (d) [112]
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2）多晶材料的电子衍射
NiFe多晶纳米薄膜的电子衍射
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3）非晶态物质衍射
典型的非晶衍射花样
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选 区
对材料的微区进行观察，获取更为细致的结构信息
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
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（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 A3/4Cs1/4
装有场发射枪的 扫描电子显微镜
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超高压透射电子显微镜
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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)
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（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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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
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。
光学显微镜
透射电子显微镜
照明束
可见光
聚焦装置 放大倍数
分辨本领
玻璃透镜 小，不可调
低
结构分析
不能
电子为照明束 电磁透镜 大，可调 高
能
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物镜：形成第一幅放大的像 ×0~100
中间镜：长焦 ×0~20
投影镜：放大 ×0~100 景深大，放大不影响清晰度 焦深大，放宽对荧光屏和照相底片要求
第九章 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 TEM的典型应用及其它功能简介
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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
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）
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
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0.15nm。
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2. 照明系统
作用：提供亮度高、相干性好、束流稳定的照明电子束。
组成：电子枪和聚光镜
钨丝
热电子源
电子源
场发射源
LaB6
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电子枪
场发射电子枪
一般电子枪的发射原理和普通照明用白炽灯的发光原理基本相同， 即通过加热来使枪体发射电子。钨丝便宜并对真空要求比较低。 六硼化镧发射效率要高很多，其电流强度大约比前者高一个数量级。