第二章 电子显微分析磁透镜电子可以凭借轴对称的非均匀电场、非匀强磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成象的目的由静电场制成的透镜静电透镜由磁场制成的透镜磁透镜短线圈磁场中的电子运动显示了电磁透镜聚焦成像的基本原理实际电磁透镜中为了增强磁感应强度，通常将线圈置于一个由软磁材料（纯铁或低碳钢）制成的具有内环形间隙的壳子里缺点：B小，焦距大，物和像在场外 第二章 电子显微分析第二章 电子显微分析带铁壳的带极靴的透镜OzO透镜的磁场强度很强，对电子的折射能力强，透镜焦距很短第二章 电子显微分析有极靴B（z）没有极靴无铁壳z图2-6几种透镜的磁场强度分布图第二章 电子显微分析4、磁透镜与光学透镜的比较光学透镜成像时，物距L1、像距L2和焦距f三者之间满足如下关系：电磁透镜成像时也可以应用上式所不同的是，光学透镜的焦距是固定不变的，而电磁透镜的焦距是可变的电磁透镜焦距f常用的近似公式为：式中是K常数，V是电子加速电压，D极靴孔径，（IN）是电磁透镜的激磁安匝数，I通过线圈的电流强度，N每厘米长度上的圈数，F透镜的结构系数，与极靴间隙有关由此发现，改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距而且电磁透镜的焦距总是正值，这意味着电磁透镜不存在凹透镜，只是凸透镜。
第二章 电子显微分析四、电磁透镜的像差和理论分辨本领球差、像散、畸变是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的；色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的电磁透镜成的像模糊不清，或与原物的几何形状不完全相似，这种现象称为像差主要包括球差、色差、像散、畸变第二章 电子显微分析球差是因为电磁透镜近轴区域磁场和远轴区域磁场对电子束的折射能力不同而产生的 原来的物点是一个几何点，由于球差的影响现在变成了半径为r的弥散圆斑最小弥散圆半径透镜的球差系数透镜的孔径半角减小孔径半角，可提高分辨本领1、球差第二章 电子显微分析2、像散像散是由透镜磁场的非理想旋转对称引起的像差即:透镜磁场不理想,引起电子会聚焦点不同像散是可以消除的像差，可以通过引入一个强度和方位可调的矫正磁场来进行补偿产生这个矫正磁场的装置叫消像散器第二章 电子显微分析3、色差色差是由于成像电子的能量或波长不同，从而在透镜磁场中运动轨迹不同以致不能聚焦在一点而形成的像差引起电子能量波动的原因有两个，一是电子加速电压不稳，致使入射电子能量不同；二是电子束照射试样时和试样相互作用，部分电子产生非弹性散射，致使能量变化第二章 电子显微分析4、畸变见书P106和P107图2-105、电磁透镜的分辨本领最重要的性能指标。
受衍射效应、球差、色差、像散等因素的影响仅考虑衍射效应、球差时理论分辨本领公式：常数，约0.4-0.5透镜的球差系数目前最佳的电镜分辨本领只能达到0.1nm左右第二章 电子显微分析五、电磁透镜的场（景）深和焦深（长）电磁透镜的场深是指当成像时，像平面不动（像距不变），在满足成像清晰的前提下，物平面沿轴线前后可移动的距离 透镜平面PP12MrQR由几何关系可推导出场深的计算公式为：2r如弧度时，Df大约是2002000nm，这就是说，厚度小于2000nm的试样，其间所有细节都可调焦成象由于电子透镜景深大，电子透镜广泛应用在断口观察上第二章 电子显微分析焦深焦深是指物点固定不变（物距不变），在保持成像清晰的条件下，像平面沿透镜轴线可移动的距离焦深计算公式这里的M是总放大倍数例如，时，Di80cm因此，当用倾斜观察屏观察象时，以及当照相底片不位于观察屏同一象平面时，所拍照的象依然是清晰的PP12Mr第二章 电子显微分析第二节电子与固体物质的相互作用一、电子散射弹性：原子核对电子的散射非弹性：原子核或原子的核外电子对电子的散射 二、内层电子激发后的驰豫过程 驰豫过程：内层电子被激发，原子处于高能态，它将跃迁到能量较低的状态的过程。
辐射跃迁特征X-ray，非辐射跃迁俄歇电子发射三、自由载流子 不要求第二章 电子显微分析四、各种电子信号 电子与固体物质相互作用，产生背散射电子、透射电子、吸收电子、二次电子、俄歇电子、特征能量损失1 、背散射电电子：，电电子从表面逸出，50ev散射电电子 散射角扫描电镜和电子探针仪应用背射电子成像，称为背散射电子像电子数目第二章 电子显微分析2、透射电子电子从试样另一表面射出，主要是弹性散射电子 透射电子显微镜应用透射电子成像非弹性电子产生色差）3、吸收电子多次非弹性散射后，能量损失殆尽的电子试样的厚度越大，密度越大，原子序数越大，吸收电子越多，吸收电流越大，反之亦然用于扫描电镜和电子探针仪（利用吸收电流成像） 电子的入射强度背二透吸第二章 电子显微分析和背散射系数随质量厚度的变化第二章 电子显微分析五、相互作用的体积与信号产生的深度和广度问题：1.什么是相互作用体积？相互作用体积的形状和大小与试样的原子序数、入射电子的能量有什么关系？2.俄歇电子、二次电子、背散射电子产生的深度和广度？第二章 电子显微分析 第三节 透射电子显微分析 目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为23埃，电压为100500kV，放大倍数50倍120万倍。
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，即分析电镜它们能同时提供试样的有关附加信息第二章 电子显微分析日本日立公司H700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分辨率：0.34nm加速电压：75KV200KV放大倍数：25万倍能谱仪：EDAX9100扫描附件：S7010第二章 电子显微分析JEM-2010透射电镜加速电压200KVLaB6灯丝点分辨率1.94第二章 电子显微分析EM420透射电子显微镜加速电压20KV、40KV、60KV、80KV、100KV、120KV晶格分辨率2.04点分辨率3.4最小电子束直径约2nm第二章 电子显微分析Philips CM12透射电镜加速电压20KV、40KV、60KV、80KV、100KV、120KVLaB6或W灯丝晶格分辨率2.04点分辨率3.4最小电子束直径约2nm。
第二章 电子显微分析一、透射电子显微镜（简称透射电镜）TransmissionElectronMicroscopy-TEM1、透射电镜的结构电镜一般是光学成像系统、真空系统、电气系统三大部分组成第二章 电子显微分析图2-23电子显微镜的主体刨面图由图可见透射电镜电子光学系统是一种积木式结构，上面是照明系统、中间是成像系统、下面是观察与记录系统第二章 电子显微分析（1）照明系统l照明系统主要由电子枪和聚光镜组成l电子枪是发射电子的照明光源静电透镜l聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而成的交叉点进一步会聚后照射到样品上磁透镜l照明系统的作用就是提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源 第二章 电子显微分析电子枪是透射电子显微镜的电子源常用的是热阴极三极电子枪，它由发夹形钨丝阴极、栅极帽和阳极组成.图2-24是电子枪结构原理图在阴极和阳极之间的某一地点，电子束会集成一个交叉点，这就是通常所说的电子源交叉点处电子束直径约几十个微米图2-24 电子枪示意图第二章 电子显微分析聚光镜用来会聚电子枪射出的电子束，以最小的损失照明样品，调节照明强度、孔径角和束斑大小一般都采用双聚光镜系统，如图2-25所示。
第一聚光镜是强激磁透镜，束斑缩小率为1050倍左右，将电子枪第一交叉点束斑缩小为15m；而第二聚光镜是弱激磁透镜，适焦时放大倍数为2倍左右结果在样品平面上可获得210m的照明电子束斑 图2-25聚光镜的工作原理第二章 电子显微分析（2）成像放大系统成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成一）物镜物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透镜透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于物镜因为物镜的任何缺陷都被成像系统中其它透镜进一步放大欲获得物镜的高分辨率，必须尽可能降低像差通常采用强激磁，短焦距的物镜物镜是一个强激磁短焦距的透镜，它的放大倍数较高，一般为100-300倍目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm左右 第二章 电子显微分析物镜的分辨率主要取决于极靴的形状和加工精度一般来说，极靴的内孔和上下级之间的距离越小，物镜的分辨率就越高为了减少物镜的球差，往往在物镜的后焦面上安放一个物镜光阑物镜光阑不仅具有减少球差，像散和色差的作用，而且或以提高图像的衬度此外，我们在以后的讨论中还可以看到，物镜光阑位于后焦面的位置上时，可以方便的进行暗场及衬度成像的操作在用电子显微镜进行图像分析时，物镜和样品之间和距离总是固定不变的，（即物距L1不变）。
因此改变物镜放大倍数进行成像时，主要是改变物镜的焦距和像距（即f和L2）来满足成像条件 第二章 电子显微分析中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜，可在0-20倍范围调节当M1时，用来进一步放大物镜的像；当M1时，用来缩小物镜的像在电镜操作过程中，主要是利用中间镜的可变倍率来控制电镜的放大倍数如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合，则在荧光屏上得到一幅放大像，这就是电子显微镜中的成像操作，如图2-26所示二）中间镜第二章 电子显微分析（三）投影镜投影镜的作用是把经中间镜放大（或缩小）的像（电子衍射花样）进一步放大，并投影到荧光屏上，它和物镜一样，是一个短焦距的强磁透镜投影镜的激磁电流是固定的因为成像电子束进入投影镜时孔镜角很小（约10-3rad）,因此它的景深和焦深都非常大三级放大成像示意图第二章 电子显微分析物物镜第一次像中间镜第二次像投影镜第三次像高放大倍数中放大倍数第一次像第二次像荧光屏第二章 电子显微分析 中间镜（作物镜用）物镜关闭投影镜第一次象第二次象荧光屏用作检查试样选择高倍观察区低放大倍数第二章 电子显微分析（3）、图像观察记录部分 这部分由观察屏和照相机组成观察屏所在的空间为观察室。
由于观察屏是用荧光粉制成的，所以常称观察屏为荧光屏观察屏和照象底板放在投影镜的象平面上，两者隔一段距离由于电镜的焦深大，尽管观察屏和照相底板相距十几个厘米，在观察屏上聚好焦后，将屏掀起，在照相底板上照相，象依然清晰第二章 电子显微分析（4）、样品台（倾斜、旋转）将试样置于电镜铜网（直径3mm）上薄片-几十至几百纳米粉体-用液体（无水乙醇、丙酮等）分散，捞在铜网上真空系统P120电气系统第二章 电子显微分析2、透射电镜的主要性能指标p分辨率是透射电镜的最主要性能指标，它表征电镜显示亚显微组织、结构细节的能力两种指标：点分辨率表示电镜所能分辨的两点之间的最小距离；线分辨率表示电镜所能分辨的两条线之间的最小距离，通常通过拍摄已知晶体的晶格象来测定，又称晶格分辨率图227为测量点分辨率和线分辨率的照片分辨率、放大倍数、加速电压第二章 电子显微分析第二章 电子显微分析p放大倍数透射电镜的放大倍数是指电子图象对于所观察试样区的线性放大率目前高性能透射电镜的放大倍数变化范围一般为100倍到80万倍一般地人眼的分辨本领是大约0.2mm，光学显微镜的最大分辨率大约是0.2m把0.2m放大到0.2mm让人眼能分辨的放大倍数是1000倍。
第二章 电子显微分析p加速电压 电镜的加速电压是指电子枪的阳极相对于阴极的电压，它决定了电子枪发射的电子的波长和能量 加速电压高，电子束对样品的穿透能力强，可以观察较厚的试样，同时有利于电镜的分辨率和减小电子束对试样的辐射损伤 目前普通透射电镜的最高加速电压一般为100kV和200kV，通常所说的加速电压是指可达到的最高加速电压第二章 电子显微分析三、透射电镜样品制备方法1、粉末样品的制备粉末：200nm悬浮液铜网(。