材料科学研究课件第6章知识点

1、透射电镜原理与电磁透镜材料研究方法南京理工大学材料学院朱和国 课程内容一工作原理电磁透镜二一、光学显微镜的分辨率光学显微镜的分辨率是指成像物体上能分辨出来的两个物点间的最小距离。 （a）Airy斑 （b）两个Airy斑靠近到刚好能分辨的临界距离时强度的叠加 图5-1 两个理想物点成像时形成的Airy斑-波长；-孔径半角；n-折射率；M-放大倍率 第一暗环半径： 分辨率：一、光学显微镜的分辨率对于光学显微镜，nsin=1.2左右，n=1.5, =7075 r0=0.5分辨率主要决定于照明光源的波长，半波长是分辨率的理论极限.可见光波长为390770nm，其极限分辨率为200nm（0.2m）左右。

2、人眼分辨率约为0.2mm，光学显微镜分辨率为0.2m，因此光学显微镜的有效放大倍数约为1000倍。注意：光学显微镜的放大倍数可以做得更高，但高出的部分只是改善舒适度，对分辨率没有贡献。通常为10001500倍。降低光源波长，可提高显微镜的分辨率。比可见光波长短的还有紫外线、X射线和射线，由于紫外线易被多数物质强烈吸收，而X、射线无法折射和聚焦，它们均不能成为显微镜的照明光源。 二、工作原理a）光学显微镜光路图 （b）透射电镜光路图图6-2 透射电子显微镜与光学显微镜的光路图图6-1 JEM-2100F型透射电子显微镜电子束可见光焦距可调恒为正焦距固定凸为正凹为负倍数可调倍数固定荧光屏像毛玻璃像

3、波长长波长短二、工作原理电子显微镜与光学显微镜的区别： 1）透射电子显微镜的信息载体是电子束，而光学显微镜则为可见光；电子束的波长可通过调整加速电压获得所需值。2）透射电子显微镜的透镜是由线圈通电后形成的磁场构成，故名为电磁透镜，透镜焦距也可通过励磁电流来调节，而光学显微镜的透镜由玻璃或树脂制成，焦距固定无法调节。3）透射电子显微镜在物镜和投影镜之间增设了中间镜，用于调节放大倍数，或进行衍射操作。4）透射电子波长一般比可见光的波长低5个数量级，因而具有较高的分辨率，能同时分析材料微区的结构和形貌，而光学显微镜仅能分析材料微区的形貌。5）透射电子显微镜的成像须在荧光屏上显示，而光学显微镜可在毛玻

4、璃或白色屏幕上显示。 二、工作原理1.静电透镜 （-）（）6-3 静电透镜原理图2 .电磁透镜三 、电磁透镜三 、电磁透镜软磁铁可显著增强短线圈中的磁感应强度，缝隙可使磁场在该处更加集中，且缝隙愈小，集中程度愈高，该处的磁场强度就愈强。极靴（一对）使线圈内的磁场强度进一步增强。极靴采用磁性材料制成，呈锥形环状，置于缝隙处，见图6-6a。极靴可使电磁透镜的实际磁场强度将更有效地集中到缝隙四周仅几毫米的范围内，见图6-6b。图6-5软磁铁为壳体的短线圈（a）结构与磁力线走向 （b）缝隙处的场强分布图6-6 带有极靴的磁透镜及场强分布有极靴(软铁壳+极靴)短线圈(无软铁壳)无极靴(软铁壳)BzzO光学透镜成像时，物距L1、像距L2、焦距f三者满足以下成像条件： 式中K为常数；I为励磁电流；N为线圈的匝数；Ur为经过相对论修整过的加速电压，IN合称安匝数。由此可见：1）电磁透镜的成像可以通过改变励磁电流来改变焦距以满足成像条件；2）电磁透镜的焦距总是正值，不存在负值，意味着电磁透镜没有凹透镜，全是凸透镜，即汇聚透镜；3）焦距f与加速电压成正比，即与电子速度有关，电子速度愈高，焦距愈