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1、六 、透射电子显微的 结构与功能Date1透射电子显微镜 （Transmission Electron Microscope TEM）以电子为光源，电 磁场为透镜，电子束穿 过试样成像的电子光学 仪器。分辨本领: 0.2 - 0.3 nm 加速电压 : 100 500 kV 放大倍数: 501.2106Date2透射电子显微学的发展(回顾)1931年 E.Ruska and M. Knoll 世界上第一台电镜1986年 E.Ruska 获诺贝尔物理学奖1982年 A.Klug 获诺贝尔化学奖1937年 C.J.Davisson and G.P.Thomson 获诺贝尔物理学奖5060年代 英国
2、 剑桥大学 物理系 Cavendish Lab. P.B.Hirsch and A.Howie et al (TEM) 衍衬理论: 运动学、动力学透射电镜代表作：薄晶体电子显微学 刘安生译Electron Microscopy in Thin CrystalDate37080年代 分析电子显微学兴起高分辨电子显微术（HREM）X射线能谱分析（EDAX 或 EDS）电子能量损失谱分析（EELS）微衍射与微微衍射(D 、D)会聚束电子衍射（CBED）扫描透射电子显微术（STEM）表面反射衍射电子显微术（RHEED）美国 亚利桑那州立大学 J.M.Cowley Diffraction Physics
3、代表作：J.J.Hren Introduction to Analytical Electron Microscopy J.C.H.Spence Experimental High-Resolution Electron Microscopy 90今 透射电子显微学进展 叶恒强 王元明 主编电子全息术、生物大分子材料 、纳米材料、物镜球差校正高分辨、高分辨透扫（Z衬度） 等等Date4SLSOSLSO点物S和S1在透镜的焦平面上呈 现两个艾里斑，屏上总光强为两衍射 光斑的非相干迭加。S1SS1 SAf1f2OS1 SSS1LO当两个物点距离足够小时 ，就有能否分辨的问题。透镜的分辨本领点光源经
4、过光学仪器的小圆 孔后，由于衍射的影响，所成的 象不是一个点而是一个明暗相间 的圆形光斑。6.1 电子的波长Date5瑞利判据：点物S1的艾里斑中心恰好与另一个点物S2的艾里斑边缘（ 第一衍射极小）相重合时，恰可分辨两物点。S1S2S1S2S1S2可分辨恰可分辨不可分辨100% 75%Date6能分辨开的物面上 两点间的最小距离d， 称为显微镜的分辨本 领。光镜用可见光照明，其波长范 围为500nm ，分辨本领不能小于 200nm。衍射 提高分辨本领 波长X射线 波长100.05nm，不能聚焦成像。紫外线 波长39013nm，短波易被吸收， 可用为200250nm。 石英玻璃透镜，分辨本领 1
5、00nm。Date7电子具有波粒二象性，与可见光相似，可作光源。 电子波长为： 为电子的速度，与加速 电压 E 的关系 电子波长与加速电压的关系E/kV 6080100200/nm 0.00487 0.00418 0.00370 0.00251Date86.2 电子透镜利用轴对称非均匀电场或磁场力使电子会聚或发散的装置。核 心部件，决定电镜的性能。静电透镜 早期使用 磁透镜 改变 f 和 M 很方便；不担心击穿；像差小。常用磁透镜为短螺旋管线圈F1VBrF2V1BZ电子在磁场中受力为 F=e (vB)F1 使电子作圆周运动 F2 使电子向轴运动Date9B(z)有极靴没有极靴无铁壳z磁感应强度
6、分布图Date10磁透镜与光学 透镜作用相仿，光 学术语均可借用。如焦点、焦距、 球差、景深等。电子波长很短，如 加速电压100kV时为 0.00370nm，分辨本领 可达0.002nm。但实际达不到，原 因是磁透镜也有像差。电子像与实物不仅有 180的倒转，还有磁场 引起的旋转角。焦距 fE/(IN)2 与电流平方成反比Date11 球差：透镜中心与边缘对电子的会聚能力不同造成。在物面上的影响半径为 rS=CS3CS为球差系数 为孔径半角物镜像平面 像平面最小散焦圆斑Date12 像散： 透镜磁场不完全对称造成。物面上的影响半径为 rA=Mf f 像散引起的焦距差Date13 色差： 电子能
7、量不同造成在物面上的影响半径为 rC=CCE/E E/E 电子能量变化率 CC 色差系数Date14磁透镜另一大特点 景深：保持象清晰度时，试样在物平 面沿轴向可移动的距离。一般 =10-210-3 rad，如 d=1nm，则Df=2002000nm。Date15 焦深:保持象清晰度时，像平面沿轴 向可移动的距离。 如d =1nm，孔径半角 =10-2 rad ，则 Di = 8 mm。Date166.3 电子显微镜的结构 电子光学系统电子显微镜的核心,成像 放大等主要功能靠此完成。 真空系统保证电子只于试样发生 作用，真空度为1.3310-2 10-5Pa 供电系统以高稳定度的电压供给 电子
8、枪，高稳定度的电流供 给磁透镜。由三大系统组成Date17电子光学系统电子枪 聚光镜 偏转线圈样品室 物 镜 中间镜 投影镜观察室观察屏照相装置电 视成像放大部分 照明部分 显像部分Date18照明部分 阴极 灯丝 发射电子 0.03-0.1mm 钨 LaB6阳极 加速电子 增加动能 一般接地 栅极 会聚电子 调节束流大小、亮度电子枪聚光镜：会聚电子束，以最小的损失 照明样品，调节强度、孔径角、 束斑大小 一聚： 强激磁、短焦距 。 缩小 10-50倍。交叉点束斑缩为1-5m 二聚： 弱激磁、长焦距 。放大2 倍 左右。样品平面可获得2-10m 照明束斑阴极（接负高压）控制极（比阴极 负100
9、1000伏） 阳极电子束聚光镜试样Date19成像放大部分 物镜： 投影镜：放大镜，保证足够高的 放大倍数。强激磁，短焦距透镜。 放大：100倍左右 形成第一幅高分辨电子 放大像或电子衍射花样。强激磁、短焦距、像差 小。焦距： f=13mm 放大： 100300倍 分辨本领： 0.1nm 为减少像差，装有消像 散器和防污染装置。中间镜：将物镜的电子像再放大，同时 起衍射镜作用。减弱电流，增大物 距，使中镜物面与物镜后焦面重合 ，将衍射花样投倒像面上，实现衍 射。弱激磁，长焦距，倍率在0 20内变化。Date20三级透镜的放大成像和电子衍射的光路图电子衍射形貌像Date21显像部分观察屏用荧光粉制成，可对 电子感光。照相装置观察屏下为照相装置 ，两者相距十几厘米 ，但成像清晰。辅助观察屏和5倍双 筒放大镜照相用电子感光片，要 求分辨本领高，约为 100条线mm，为进 一步放大。X射线和光谱分析用胶 片也可。数码相机 对动态研究可 用电视装置。Date22Date23
