透射电子显微镜TEM简介

1、透射电镜简介光源：电子束分辨率：高透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM),可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。电子与固体作用时激发的信息1234透射电子特征X射线二次电子俄歇电子电子与固体作用时激发的信息5背散射电子等

2、透射电子当入射电子的有效穿透深度大于样品厚度时，就有部分入射电子穿过样品形成透射电子，其电流强度表示为IT。该信号反映了样品中电子束作用区域内的厚度、成分和结构，透射电子显微镜就是利用该信号进行分析的。电子与固体作用时激发的信息-透射电子聚光镜聚光镜 电子枪电子枪物镜物镜样品室样品室中间镜（多个）中间镜（多个）投影镜投影镜荧光屏荧光屏照相室（底片）照相室（底片）或数字暗室或数字暗室透射电子显微镜工作原理01020304由电子枪发射高能、高速电子束；透 射 电 子携 带 样 品的 结 构 和成分信息，经过物镜、中 间 镜 和投 影 镜 的聚 焦 、 放大等过程；.经 聚 光 镜聚 焦 后 透射

3、薄 膜 或粉末样品；最 终 激 发荧 光 屏 显示 放 大 图像；05专 用 底 片 /数字暗室记录带有内部结构信息的高分辨图像；0101电子光学系统照明系统：由电子枪、聚光镜、聚光镜光阑等组成。作用：产生一束亮度高、相干性好、束流稳定的电子束。 物镜：直接影响整个系统成像质量 成像系统 中间镜：调节整个系统的放大倍数 进行成像操作和衍射操作 投影镜：将中间镜形成的像进一步 放大， 放大，并投影到荧光屏。0202电源控制系统0303真空系统记录系统: 由荧光屏和照相机组成真空泵、阀门、气体隔离室1121IIIIIC衬度源于样品对入射电子的散射，当电子束穿透样品后，其振幅和衬度源于样品对入射电子

4、的散射，当电子束穿透样品后，其振幅和相位均发生了变化。因此，电子显微图像的衬度可分为相位均发生了变化。因此，电子显微图像的衬度可分为振幅衬度振幅衬度和和相位衬度相位衬度，这两种衬度对同一幅图像的形成均有贡献，只是其中一，这两种衬度对同一幅图像的形成均有贡献，只是其中一种占主导而已。种占主导而已。质厚衬度振幅衬度衍射衬度由于试样中各处的原子种类不同或厚度、密度差异所造成的衬度。由满足布拉格衍射条件的程度不同造成的。质厚衬度质厚衬度示意图质厚衬度示意图高质厚处，即该处的原子序数或试样厚度较其他处高，由于高序数原子对电子的散射能力强于低序数的原子，成像时电子被散射出光阑的几率就大，参与成像的电子强度

5、就低，与其他处相比，该处的图像就暗；同理，试样厚处对电子的吸收相对较多，参与成像的电子就少，导致该处的图像就暗。非晶体主要是靠质厚衬度成像。需要注意的是，质厚衬度取决于试样不同区域参与成像的电子强度的差异，而不是成像的电子强度，对相同试样，提高电子枪的加速电压，电子束的强度提高，试样各处参与成像的电子强度同步增加，质厚衬度不变。仅当质厚变化时，质厚衬度才会变。质厚衬度实例质厚衬度实例Fe2O3纳米环纳米环衍射衬度原理示意图衍射衬度原理示意图衍射衬度衍射衬度试样仅由A、B两个晶粒组成，其中晶粒A完全不满足布拉格方程的衍射条件，而晶粒B中为化简起见也仅由一组晶面（hkl）满足布拉格衍射条件产生衍射

6、，其他晶面均远离布拉格条件，这样入射电子束作用后，将在晶粒B中产生衍生束Ihkl，形成衍射斑点hkl，而晶粒A因不满足衍射条件，无衍射束产生，仅有透射束I0，此时，移动物镜光阑，挡住衍射束，仅让透射束通过，见（a），晶粒A和B在像平面上成像，其电子束强度分别为IAI0和IBI0-Ihkl，晶粒A的亮度远高于晶粒B。样品微区晶体取向或晶体结构不同，满足布拉格衍射条件的程度不同，样品微区晶体取向或晶体结构不同，满足布拉格衍射条件的程度不同，使得在样品下表面形成一个随位置不同而变化的衍射振幅分布，所以使得在样品下表面形成一个随位置不同而变化的衍射振幅分布，所以像的强度随衍射条件的不同发生相应的变化，

7、称为衍射衬度。像的强度随衍射条件的不同发生相应的变化，称为衍射衬度。把这种挡住衍射束，让透射束成像的操作称为明场操作，所成的像称为明场像。移动物镜光阑挡住透射束，仅让衍射束通过成像，得到所谓的暗场像，此成像操作称为暗场操作。但由于衍射束偏离了中心光轴，其孔径半角相对于平行于中心光轴的电子束要大，图像清晰度不高，成像质量低，为此调整偏置线圈，使入射电子束倾斜2QB角，如图C，晶粒B（hkl）晶面完全满足衍射条件，产生强烈衍射，此时的衍射斑点移到了中心位置，衍射束与透镜的中心轴重合，孔径半角大大减小，所成像比暗场像更加清晰，成像质量改善。我们称这种成像操作为中心暗场操作，所成像为中心暗场像。成像操

8、作成像操作晶体中的层错条纹晶体中的层错条纹衍射衬度实例衍射衬度实例相位衬度相位衬度当晶体样品较薄时，可忽略电子波的振幅变化，让透射束和衍射束同时通过物镜光阑，由于试样中各处对入射电子的作用不同，致使它们在穿出试样时相位不一，再经相互干渉后便形成了反映晶格点阵和晶格结构的干涉条纹像，见图。这种主要由相位差所引起的强度差异称为相位衬度，晶格分辨率的测定以及高分辨率图像就是采用相位衬度来进行分析的。Al-Si合金粉末的高分辨率合金粉末的高分辨率相位衬度实例相位衬度实例透射电镜应用透射电镜应用作为电镜主要性能指标的分辨率已由当初的约作为电镜主要性能指标的分辨率已由当初的约50nm提高到今天的提高到今天的0102nm的水平，它的应用几乎已扩展到包括材料科学、地的水平，它的应用几乎已扩展到包括材料科学、地质矿物和其他固体科学以及生命科学在内的所有科学领域，已经成质矿物和其他固体科学以及生命科学在内的所有科学领域，已经成为人类探索客观物质世界微观结构奥秘的强有力的手段。现代自然为人类探索客观物质世界微观结构奥秘的强有力的手段。现代自然科学领域的所有重大成就，几乎都包含着电子显微技术的贡献。科学领域的所有重大成就，几乎都包含着电