透射电子显微镜2013.5.20

1透射电子显微镜第九小组『主讲人』马学龙ID:ashui87小组成员：李丽梅，阿西木，唐文文，马学龙透射电子显微镜2目录31透射电镜发展历史及现状2透射电镜概念及特点3透射电镜的结构及原理4透射电镜的功能及应用5透射电镜的发展趋势为什么会发明电子显微镜？人类的本性：发现自然，改造世界，改变生活。4工欲善其事必先利其器电子显微镜人类视觉的延伸：追求更远的更高的。1.透射电镜的发展历史及现状（1）波粒二相性理论的提出1924年

路易•

德布罗意（1892-1989）法国物理学家法国物理学家德布罗意指出：一切接近于光速运动的粒子均具有波的性质。人们由此联想是否可利用波长更短的电子波代替可见光成像？11（2）第一个电子图像的获得1931年图5由鲁斯卡拍摄的放大12倍铜网电子图像德国学者Knoll和Ruska首次获得了放大12倍铜网的电子图像。证明可用电子束和磁透镜进行成像。1.透射电镜的发展历史及现状13（3）第一台透射电镜的诞生1931-1934年德国学者鲁斯卡（E.Ruska)德国学者鲁斯卡等研制成功世界上第一台透射电子显微镜，至1934年其分辨率达到了500埃。鲁斯卡因为在电镜光学基础研究及以上贡献获得了1986年诺贝尔物理奖。1.透射电镜的发展历史及现状14（4）第一台商品透射电镜的问世1939年西门子公司于1939年研制成功世界上第一台商品透射电镜，分辨率优于100埃；1954年进一步研制成功ElmiskopI型透射电镜，分辨率优于10埃。1.透射电镜的发展历史及现状

德国西门子公司总部151.透射电镜的发展历史及现状经过七十多年的发展，今天的透射电镜已是具有高达百万倍放大倍率，0.1—0.2nm分辨本领而且还能对几个纳米的微小区域进行化学分析和晶体结构分析的高放大率、高分辨率的电子光学仪器。它已成为全面揭示物质微观特征的综合性仪器，是现代固体科学研究工作中必不可少的手段。2.透射电镜及其特点概念：透射电镜指利用电磁透镜对穿透样品的电子信号进行放大,并把显示超微结构的电子图像直接成像在荧光屏上的电子显微镜.10特征:

庞大体积高精密度高分辨率高放大率DXB2--123.透射电镜的总体结构电器系统透射电子显微镜电子光学系统真空系统控制电路稳定电路(稳压、稳流电路)高压发生电路真空抽气系统真空阀门：气阀、电磁阀消像散器电子枪(阴极、阳极和栅极)聚光镜及其光栏照明系统成像放大系统观察记录系统：荧光屏、胶片物镜及其光栏(初级放大)中间镜(调节倍率)投影镜(末级放大)样品台：承载移动样品3透射电镜的总体工作原理图27透射电镜示意图电子枪发射的电子由阳极加速成为高能电子，经过两级聚光镜聚焦在样品上，成为入射电子；通过样品后的透射电子，由于受样品物质原子的作用，就携带样品的有关信息；再由物镜、中间镜和投影镜逐级放大，投射在荧光板或胶片上，转化为眼睛能识别的光信号供观察。47入射电子束反射电子二次电子弹性散射电子非弹性散射电子直接透射电子吸收电子图10高能电子束与固体样品间的相互作用当电子束与样品相互作用时，99%以上的入射电子能量转化为热能，余下1%能量用于产生各类电子信息3.透射电镜工作原理221、电子束与样品的相互作用直接透射电子弹性散射电子非弹性散射电子

图14透射电镜成像电子信息透射电镜利用透射电子通过磁透镜原理成像的电镜技术，简称为透射电镜。TransmittanceElectronMicroscopy,TEM。4.透射电镜工作原理

272、透射电镜的电子作用3.1照明系统（1）电子枪

电子枪是电镜的电子源。其作用是发射并加速电子，并会聚成交叉点。电子枪由阴极、阳极和栅极三部分组成。55目前电子显微镜使用的电子源有两类：热电子源——加热时产生电子，W丝，LaB6场发射源——在强电场作用下产生电子，场发射电镜FE3.1照明系统（1）电子枪

（1）阴极是产生电子的源头。55（2）栅极使阴极产生的电子书向中心汇集。（3）阳极是对阴极产生的电子加速。3.1照明系统（1）电子枪

4）工作原理

55在灯丝电源VF作用下，电流IF流过灯丝阴极，使之发热达2500℃以上时，便可产生自由电子并逸出灯丝表面。加速电压VA使阳极表面聚集了密集的正电荷，形成了一个强大的正电场，在这个正电场的作用下自由电子便飞出了电子枪外。3.1照明系统聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强度、孔径角和束斑大小。一般采用双聚光镜系统，如图所示。（2）聚光镜3.2成像系统1.样品台；2.物镜组件；3.中间镜；4.投影镜。3.3观察记录系统1.荧光板：中短余辉的绿色高分辨率荧光粉。作用：带有样品信息的电子信号打在荧光粉上，激发荧光粉发光，进而把电子信号转换为人眼能识别的光信号，便于观察和分析。2.图像记录：相片或电子图像

CCD数字传输系统，得到数字图像用电子感光胶片拍照记录图像，同时记录重要参数。数字图像系统，可记录、编辑、打印或远程发送图像。3.4真空系统

避免空气分子与高速运动电子发生碰撞；避免电子枪发生高压放电现象；高真空有利于延长电子枪灯丝使用寿命；避免样品表面被污染。普通透射电镜需要真空度达1.33×（10-2～10-3）Pa，高压透射电镜所需真空度要求更高。594.1透射电镜的主要功能(1)利用质厚衬度(又称吸收衬度)像,对样品进行一般形貌观察;(2)利用高分辨电子显微术可以直接“看”到晶体中子或原子团在特定方向上的结构投影这一特点,确定晶体结构;(3)利用衍衬像和高分辨电子显微像技术,观察晶体中存在的结构缺陷,确定缺陷的种类、估算缺陷密度;(4)利用电子衍射、微区电子衍射、会聚束电子衍射物等技术对样品进行物相分析,从而确定材料的物相、晶系,甚至空间群。例1：单晶硅与多晶硅

硅是集成电路产业的基础，半导体硅工业产品包括单晶硅、多晶硅、外延片和非晶硅等，其中单晶硅具有完整的点阵晶体结构，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料，其纯度要求达到99.9999%以上才能满足各类应用要求。利用高分辨率透射电镜可以监测单晶硅是否具有完善的晶体结构。4.2透射电镜应用09例1：单晶硅与多晶硅

（a）单晶硅（b）多晶硅图：单晶硅与多晶硅的高倍率透射电镜形貌4.2透射电镜应用例2：“非典”病毒

2003年春流行的非典型肺炎由Sars病毒引起，属管状病毒。在透射电镜下，“非典”病毒呈不规则形状，直径约60-220nm。病毒粒子外包着脂肪膜，膜表面有三种糖蛋白：刺突糖蛋白、小包膜糖蛋白、膜糖蛋白。4.2透射电镜应用07例2：“非典”病毒

（a）非典型病毒示意图（b）非典型病毒的透射电