透射电子显微镜TEM
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高分辨电镜的设计分为两类：一是为生物工作者设计 的，具有最佳分辨本领而没有附件；二是为材料科学工作者 设计的，有附件而损失一些分辨能力。
我们这里先看一看一些电镜的外观图片，再就电镜共 同的结构原理和日趋普及的分析电镜的有关部分做一介绍。
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。
β=±25度
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
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
透射电子显微镜 （TEM）
内容提要 1.透射电镜的结构 2.透射电镜的成像原理 3.电子衍射 4.透射电镜样品的制备
目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为2~3 埃， 电压为100～500kV，放大倍数50~1200000倍。由于材料 研究强调综合分析，电镜逐渐增加了一些其它专门仪器附件， 如扫描电镜、扫描透射电镜、X射线能谱仪、电子能损分析 等有关附件，使其成为微观形貌观察、晶体结构分析和成分 分析的综合性仪器，即分析电镜。
阳极 电子束
聚光镜
试样 图1-11 照明部分示意图
2）成像放大部分 这部分有试样室、物镜、中间镜、投影镜等组成。 （1）试样室：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。 （2）物镜：电镜的最关键的部分，其作用是将来自试样不同点
同方向同相位的弹性散射束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构 信息的散射花样或衍射花样；将来自试样同一点的不同方向的弹性 散射束会聚于其象平面上，构成与试样组织相对应的显微象。透射 电镜的好坏，很大程度上取决于物镜的好坏。
物 物镜 衍射谱
一次像 中间镜
二次像 投影镜
三次像 （荧光屏）
图1-12 （a）高放大率
选区光阑
（b）衍射
（c）低放大率
物镜关闭 无光阑
中间镜 （作物镜用）
.
第一实象 投影镜
图1-13 极低放大率象 （荧光屏）
普查象
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。
电子束穿过阳极小孔后，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚 光镜就是为克服这种缺陷加入的，它有增强电子束密度和再一次 将发散的电子会聚起来的作用。
1 2 3
4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 16
17
18 19
20
阴极（接 负高压） 控制极（比阴极 负100~1000伏）
扫描发生仪
电子束
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
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 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。
● 分 辨 率：0.34nm ● 加速电压：75KV－200KV ● 放大倍数：25万倍 ● 能 谱 仪：EDAX－9100 ● 扫描附件：S7010
CM200-FEG场发射枪电镜
加速电压20KV、40KV、80KV、 160KV、200KV 可连续设置加速电压 热场发射枪 晶格分辨率 1.4Å 点分辨率 2.4Å 最小电子束直径1nm 能量分辨率约1ev 倾转角度α=±20度
β=±30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
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
透射电镜的结构
1.电子光学部分 2.真空系统 3.供电控制系统
光学显微镜和电镜光路图比较 请看下页
光源 聚光镜 试样 物镜
中间象 目镜
毛玻璃 照相底板
电子枪 聚光镜
试样 物镜
中间象 投影镜
观察屏 照相底板
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。 1 . 电子光学系统
1）照明部分 （1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米钨丝作成V
或Y形状。 （2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都
是阳极接地，阴极带有负高压。 （3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象
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，因此，
人们习惯上把它们通称为“电子枪”。 （4）聚光镜：由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用，
物镜的最短焦距可达1毫米，放大倍数约为300倍，最佳分辨本 领可达1埃，目前，实际的分辨本领为2埃。
在分析电镜中，使用的皆为双物镜加辅助透镜，试样置于上下 物镜之间，上物镜起强聚光作用，下物镜起成像放大作用，辅助透 镜是为了进一步改善场对称性而加入的。
近代高性能电镜一般都设有两 个中间镜，两个投影镜。三级 放大成像和极低放大成像,示意 图如下所示
பைடு நூலகம்
度为
毫米汞柱。
3 . 供电系统
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。
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。
我们这里先看一看一些电镜的外观图片，再就电镜共 同的结构原理和日趋普及的分析电镜的有关部分做一介绍。
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。
β=±25度
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
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
透射电子显微镜 （TEM）
内容提要 1.透射电镜的结构 2.透射电镜的成像原理 3.电子衍射 4.透射电镜样品的制备
目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为2~3 埃， 电压为100～500kV，放大倍数50~1200000倍。由于材料 研究强调综合分析，电镜逐渐增加了一些其它专门仪器附件， 如扫描电镜、扫描透射电镜、X射线能谱仪、电子能损分析 等有关附件，使其成为微观形貌观察、晶体结构分析和成分 分析的综合性仪器，即分析电镜。
阳极 电子束
聚光镜
试样 图1-11 照明部分示意图
2）成像放大部分 这部分有试样室、物镜、中间镜、投影镜等组成。 （1）试样室：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。 （2）物镜：电镜的最关键的部分，其作用是将来自试样不同点
同方向同相位的弹性散射束会聚于其后焦面上，构成含有试样结构 信息的散射花样或衍射花样；将来自试样同一点的不同方向的弹性 散射束会聚于其象平面上，构成与试样组织相对应的显微象。透射 电镜的好坏，很大程度上取决于物镜的好坏。
物 物镜 衍射谱
一次像 中间镜
二次像 投影镜
三次像 （荧光屏）
图1-12 （a）高放大率
选区光阑
（b）衍射
（c）低放大率
物镜关闭 无光阑
中间镜 （作物镜用）
.
第一实象 投影镜
图1-13 极低放大率象 （荧光屏）
普查象
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。
电子束穿过阳极小孔后，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚 光镜就是为克服这种缺陷加入的，它有增强电子束密度和再一次 将发散的电子会聚起来的作用。
1 2 3
4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 16
17
18 19
20
阴极（接 负高压） 控制极（比阴极 负100~1000伏）
扫描发生仪
电子束
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
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 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。
● 分 辨 率：0.34nm ● 加速电压：75KV－200KV ● 放大倍数：25万倍 ● 能 谱 仪：EDAX－9100 ● 扫描附件：S7010
CM200-FEG场发射枪电镜
加速电压20KV、40KV、80KV、 160KV、200KV 可连续设置加速电压 热场发射枪 晶格分辨率 1.4Å 点分辨率 2.4Å 最小电子束直径1nm 能量分辨率约1ev 倾转角度α=±20度
β=±30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
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
透射电镜的结构
1.电子光学部分 2.真空系统 3.供电控制系统
光学显微镜和电镜光路图比较 请看下页
光源 聚光镜 试样 物镜
中间象 目镜
毛玻璃 照相底板
电子枪 聚光镜
试样 物镜
中间象 投影镜
观察屏 照相底板
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。 1 . 电子光学系统
1）照明部分 （1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米钨丝作成V
或Y形状。 （2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都
是阳极接地，阴极带有负高压。 （3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象
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，因此，
人们习惯上把它们通称为“电子枪”。 （4）聚光镜：由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用，
物镜的最短焦距可达1毫米，放大倍数约为300倍，最佳分辨本 领可达1埃，目前，实际的分辨本领为2埃。
在分析电镜中，使用的皆为双物镜加辅助透镜，试样置于上下 物镜之间，上物镜起强聚光作用，下物镜起成像放大作用，辅助透 镜是为了进一步改善场对称性而加入的。
近代高性能电镜一般都设有两 个中间镜，两个投影镜。三级 放大成像和极低放大成像,示意 图如下所示
பைடு நூலகம்
度为
毫米汞柱。
3 . 供电系统
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。
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。