透射电子显微术

（3）记录系统： 荧光屏、 照相机 （4）真空系统： 真空度：10－7 Torr （5）控制系统： 聚焦，放大，明、暗场象切换等
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2. 三级成象
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3. 电子衍射
形貌 1）TEM特点
结构(电子衍射)
2） 产生电子衍射原理 类似于光栅的衍射效应
后焦面上产生衍射谱 两个过程
象面上产生形貌象
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带狭缝和极靴的线圈及磁场分布
（5） 电子透镜与光镜的区别
f 可调 f>0 物与象有一磁转角
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4. 象差
（1） 影响分辨率
衍射效应 象差
玻璃透镜可提高透镜的组合消除象差， 但电子透镜不能完全消除象差 （? f>0）
（2）象差类别
色差
几何象差
球差 象散
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（1） 球差： 远轴区比近轴区对电子的聚焦能力强
电子枪： 发射电子 （负高压） （1）照明源自文库统
聚光镜(2个)：会聚电子束，2－10 um
（2） 成象系统 三级透镜
物镜： 强， Mo=200 X 中间镜：弱，Mi＝0-20 X 投影镜：强，Mp＝100 X
M＝MoMiMp， 对一般电镜：M＝10-20 万倍 对有2个中间镜和2个投影镜，M＝50-80 万倍
（4）最佳孔径角：
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5. 景深（Df）和焦长(DL) 电磁透镜具有景深大、焦长长的特点 Df 1/ DL M/ TEM: Df = 2000-20000 Å （随 K V而异） DL=10-20 cm
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二、 TEM 的构造和成象原理
1. TEM 构造
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照明系统 成象系统 主要组成部分 记录系统 控制系统 透射电子显真微术空系统
一个物点经透镜后，其象成了一个园斑，rs.m 物面上散焦半径<rs
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（2）象散： 磁场的对称性被破坏所致
相同的径向处，磁场强度不同，聚焦能力不同，引 起焦距变化 f。
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（3） 色差： 电流、电压不稳定所致
一个物点聚 焦在一个园
斑内
以上各象差中透射最电子显重微术 要的是 球差
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Chapter 1. TEM构造及原理
一、 基本概念
1、分辨率
（1） 分辨率与放大倍数
限制分辨率的因素
衍射效应 象差
（2）任何透镜都有一个极限分辨率
人眼：rc＝ 200 m 光镜：在不考虑象差，只考虑衍射效应时
rc＝ 0.61 / nsin (nsin--数值孔径) max =70-75 , 油镜：nsin=1.25- 1.35 所以：rc ＝1透/射电2子显微术1/3
AEM
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2、作用――两个重要发现
（1）位错 (Dislocation) 的发现：
50－60s, 直接观察到材料中的位错及位错的运动，塞 积、交割等，形成了位错理论――晶体材料的基础。
（2）准晶 (Quasicrystal) 的发现： 1984年， 以色列人Shechtman 通过TEM第一次 在熔体急冷Al86Mn14合金中发现了5次对称性的存在 (Phys. Rev. Lett., 1984)
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3）电子衍射谱的获得
减小中间镜的励磁电流，使中间镜的物面与物镜的后焦面重 合， 得到 二级放大的电子衍射谱.
SAD与形 貌象的 放 大倍数不
一样
成像：中间镜的物面与物镜的像面重合
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衍射：中间镜的物面与物镜的后焦面重合
4 TEM 中光阑的作用
其它准晶体系： Al-Fe, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Ru (mm级大块准晶， Meter. Trans. JIM)
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AL-Mn （1984）
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Al-Cu-Ru（1997）
（3）其它：
M氏体――马氏体理论。 H－Tc超导体，YBCuO体系，
缺氧层――H-Tc超导理论。
（3）降低提高分辨率
可见光：＝400 nm—800nm, rc =200 nm 紫外光：＝13 nm-400 nm,
>200 nm rc =100 nm (提高一倍) X－ray: Cu=1.57 Å, Mo=0.707 Å,
但不能聚焦和成相。 e-Beam: 电场或磁场中能聚焦，可用于成相。
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参考书
电子显微分析在材料中的应用 曹念荪 金属电子显微分析 上海交大 陈世朴，王永瑞 材料电子显微分析 东北工学院 魏金金
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绪论
一、为什么要用 TEM
1. 常规结构分析手段和特点
光学显微镜：分辨率 rc=0.2 m， M＝1000 X。
XRD:
相和结构和位向分析，不能作形貌观察。
2. 电子波长：
＝ 12.25/ U
100 KV 时， 电子波长仅为可见光的 10 万分之一， 理论 上分辨率应提高10 万 倍， 即达到 0.002 nm, 但实际上 分 辨率只达到 0.2-0.3 nm.
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？象差
3. 电子透镜 （使电子束聚焦成象的装置）
静电透镜 （1）电子透镜
常规结构分析手段中最重要的手段： XRD 和 TEM
二、TEM 发展历史和作用
1、历史
1932年， 第一台 TEM， M＝12，000 X
50－60s TEM (Hirsch, Cambridge Univ.)
70s
HRTEM (Cowley, Arizona state univ.)
80s
电磁透镜 (2) 聚焦原理 F＝－e(VxB)
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（3）电子透镜的聚焦原理
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（4）电子透镜的磁转角和焦距
磁转角
焦距 .
强、弱透镜： 强透镜 f 与磁场范围差不多 弱透镜 f 比磁场范围大的多 f 减小，放大倍数增大，若f 落到磁 场中，象质量变坏。
狭缝和极靴――把磁场集中在微小的范围内， 提高分辨率
SEM： 形貌分析，主要作表面形貌分析， 制样简单。
分辨率比光镜高，但不及 TEM。
TEM：形貌＋结构，分辨率高，rc＝2-3 Å，制样较复杂 HRTEM：微区结构分析， 如：晶格相， 原子相。
AEM （TEM＋EDS，EELS）：微区成分和结构分析 透射电子显微术
2. 新近发展的结构分析手段
场离子显微镜： 原子相， 制样特别困难 （针尖样品） STM、AFM： 原子相， 材料组装 （仅作表面分析）