TEM实用实用教案

1、会计学1TEM实用实用(shyng)第一页，共47页。电镜的放大倍数在数千倍至一电镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之间，有些甚至可达数百万倍之间，有些甚至可达数百万倍或千万倍。百万倍或千万倍。第1页/共46页第二页，共47页。 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501200,000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。 高分辨电镜的设计分为两类：一是为生物工

2、作者设计的，具有最佳分辨本领而没有(mi yu)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。另外，也有些设计，在高分辨时采取短焦距，低分辨时采取长焦距。第2页/共46页第三页，共47页。第3页/共46页第四页，共47页。高分辨(fnbin)分析透射电子显微镜JEM2010第4页/共46页第五页，共47页。第5页/共46页第六页，共47页。第6页/共46页第七页，共47页。第7页/共46页第八页，共47页。第8页/共46页第九页，共47页。第9页/共46页第十页，共47页。第10页/共46页第十一页，共47页。透射电镜组成透射电镜组成(z chn)(z chn)示意图示意图第11

3、页/共46页第十二页，共47页。光学光学(gungxu)显微镜和电显微镜和电镜路图比较镜路图比较第12页/共46页第十三页，共47页。光源(gungyun)中间(zhngjin)象物镜(wjng)试样聚光镜目镜毛玻璃电子枪聚光镜试样物镜中间象投影镜观察屏照相底板照相底板第13页/共46页第十四页，共47页。1 . 电子光学系统电子光学系统 图图9.1 是近代大型电子显微镜的剖面示意是近代大型电子显微镜的剖面示意图，从结构上看，和光学透镜非常类似。图，从结构上看，和光学透镜非常类似。 1）照明部分）照明部分 （1）阴极：又称灯丝）阴极：又称灯丝(dn s)，一般，一般是由是由0.030.1毫米的

4、钨丝作成毫米的钨丝作成V或或Y形状。形状。 （2）阳极：加速从阴极发射出的电子）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。为了安全，一般都是阳极接地，阴极带有负高压。负高压。 （3）控制极：会聚电子束；控制电子）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象的亮度。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目及其动能，因此，人们习惯上把它们通称为为“电子枪电子枪”。 透射电镜一般是电子光学系统透射电镜一般是电子光学系统(xtng)、真、真空系统空系统(xtng)、供电系统、

5、供电系统(xtng)三大部分组三大部分组成。成。第14页/共46页第十五页，共47页。（4）聚光镜：由于电子之间的斥力和）聚光镜：由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用，电子束穿过阳极阳极小孔的发散作用，电子束穿过阳极小孔后，又逐渐变粗，射到试样上仍然小孔后，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚光镜就是过大。聚光镜就是(jish)为克服这种为克服这种缺陷加入的，它有增强电子束密度和再缺陷加入的，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。一次将发散的电子会聚起来的作用。第15页/共46页第十六页，共47页。阴极阴极(ynj)（接负（接负高压）高压）控制控制(kngzh)极（极（比阴极比

6、阴极负负1001000伏）伏）阳极阳极(yngj)电子束电子束聚光镜聚光镜试样试样照明部分示意图照明部分示意图第16页/共46页第十七页，共47页。其电流强度大约比前者高一个其电流强度大约比前者高一个量级。量级。第17页/共46页第十八页，共47页。场发射场发射(fsh)(fsh)电子枪及原理示意图电子枪及原理示意图第18页/共46页第十九页，共47页。很大程度上缩小了发射表面。通很大程度上缩小了发射表面。通过调节外加过调节外加(wiji)(wiji)电压可控制电压可控制发射电流和发射表面。发射电流和发射表面。第19页/共46页第二十页，共47页。 这部分由试样室、物镜、中间镜、投影镜等组成这

7、部分由试样室、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）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。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）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聚于其后焦面上，构成含有试样结构信息的散射花样花样(huyng)或衍射花样或衍射花样(huyng)；将来自试；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样同一点的不同方向的弹性散射束会

8、聚于其象平面上，构成与试样组织相对应的显微象。透射电面上，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。镜的好坏，很大程度上取决于物镜的好坏。 第20页/共46页第二十一页，共47页。 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(fngd)放大(fngd)成象成象和极低放大(fngd)成象示意图如下所示:第21页/共46页第二十二页，共47页。（a）高放大率）高放大率（b）衍射）衍射(ynsh)（c）低放大率）低放大率物物物镜物镜(wjng)衍射衍射(ynsh)谱谱一次象一次象中间镜二次象二次象投影镜投影镜 三次象三次象（荧光屏）（荧光屏）选区光阑选区

9、光阑第22页/共46页第二十三页，共47页。物镜物镜(wjng)关闭关闭无光阑无光阑 中间(zhngjin)镜（作物镜用）投影投影(tuyng)镜镜第一实象第一实象（荧光屏）（荧光屏） . .普查象普查象极低放大率象极低放大率象第23页/共46页第二十四页，共47页。这部分由观察室和照相(zho xing)机构组成。在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析附件。3）显象）显象(xin xin)部分部分第24页/共46页第二十五页，共47页。 为了保证真在整个(zhngg)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(zhngg)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

10、，一般真空度为 10-410-7 毫米汞柱。第25页/共46页第二十六页，共47页。 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(zdng)操作程序控制系统和数据处理的计算机系统。第26页/共46页第二十七页，共47页。第27页/共46页第二十八页，共47页。 当从电子枪发射的一束电子沿一定入射方向进入物当从电子枪发射的一束电子沿一定入射方向进入物质内部后，由于与物质的相互作用，使电子的运动方向质内部

11、后，由于与物质的相互作用，使电子的运动方向发生发生(fshng)改变，这一过程称为物质对电子的散射。改变，这一过程称为物质对电子的散射。在散射过程中，如果入射电子只改变运动方向，而不发在散射过程中，如果入射电子只改变运动方向，而不发生生(fshng)能量变化，称为弹性散射。如果被散射的入能量变化，称为弹性散射。如果被散射的入射电子不但发生射电子不但发生(fshng)运动方向的变化，同时还损失运动方向的变化，同时还损失能量，则称为非弹性散射。能量，则称为非弹性散射。 第28页/共46页第二十九页，共47页。 +Rn -Re(a)(b)带负电荷的电子带负电荷的电子(dinz)进入物质时进入物质时受

12、到带正电荷的原子受到带正电荷的原子核吸引而发生向内偏核吸引而发生向内偏转，受核外电子转，受核外电子(dinz)的库伦排斥的库伦排斥力作用发生向外偏转力作用发生向外偏转，称为卢瑟福散射。，称为卢瑟福散射。 第29页/共46页第三十页，共47页。 散射可分为弹性和非弹性两类，其中散射可分为弹性和非弹性两类，其中(qzhng)弹性散弹性散射是电子衍射的基础。射是电子衍射的基础。 非弹性散射与弹性散射的比值由原子序数非弹性散射与弹性散射的比值由原子序数Z决定决定，即电子在物质中的非弹性散射部分，即电子在物质中的非弹性散射部分(b fen)仅为弹仅为弹性部分性部分(b fen)的的1/Z，这是因为原子核

13、内电荷集中，这是因为原子核内电荷集中，具有较大的散射能力。原子序数愈大的原子，非弹性具有较大的散射能力。原子序数愈大的原子，非弹性散射的比例愈小，弹性散射的比例愈大。散射的比例愈小，弹性散射的比例愈大。 第30页/共46页第三十一页，共47页。第31页/共46页第三十二页，共47页。第32页/共46页第三十三页，共47页。第33页/共46页第三十四页，共47页。第34页/共46页第三十五页，共47页。第35页/共46页第三十六页，共47页。第36页/共46页第三十七页，共47页。第37页/共46页第三十八页，共47页。第38页/共46页第三十九页，共47页。第39页/共46页第四十页，共47页。第40页/共46页第四