透射电子显微镜的发展与应用

透射电子显微镜的发展与应用1878年，Abbe指出光学显微镜分辨本领受到光波衍射的限制，给出了表示光学显微镜分辨本领极限的公式。1897年，J.J.Thomson证实了电子的存在，1924年，德布罗意提出微观粒子的波粒二重性原理，计算表明电子波长比可见光波短得多，从而为电子显微镜能够获得更高的分辨本领提供了理论依据。1926年，Busch建立了几何电子光学理论。正是由于有了物理学和电子光学的这些最基本的理论和发现.才导致M.Knoll和E.Ruska于1932年发明了第一台电子显微镜。透射电镜的问世是二十世纪最重大的发明之一。长期以来，透射电镜（TEM）被广泛地应用到现代科学技术各领域，特别是应用在材料的微观结构特征的观察分析中。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（晶体结构、形貌、化学成分等）的综合性仪器，是现代固体科学（包括固体物理、固体化学、固体电子学、材料科学、地质矿物、晶体学等学科）研究工作中必不可少的手段。二、国外透射电镜的发展状况欧洲对电子显微镜的研究一直居于世界的前列，其有关透射电镜的研究动态常见报道。随着计算机科学和图像摄取技术的发展和进步，出现了越来越多的数字化透射电镜，其分辨率得到了很大的提高。飞利浦公司推出的新一代透射电镜分辨率达到0.15nm，该电镜的图像摄取、处理和分析系统分成三个层次，能够适用于不同层次的使用者：Basicuser模块是最基础的用户界面，相关专业人员可以依靠系统的导航模板完成试验；Expert模块为有一定电镜操作技术基础的人员设置；Administrator模块提供给管理人员超级用户权限，可对操作者被允许使用的功能和权限进行设置、修改等。日本在电子显微镜研究方面也一直投入了大量的人力财力，日立(HITACHI)、日本电子株式会社(JEOL)等大公司推出的电镜属世界先进行列。例如，日本电子的200KV场发射透射电镜JEM-2010F不仅可实现超高分辨率图像的观察，同时，还可以得到纳米尺度的结构、成分等信息。日立公司的H-7600透射电镜数字图像处理系统不仅可以将TEM图像转换成“网上兼容”格式的图像，并利用数字化TEM系统实现了图像自动聚焦，而且该系统能方便而有效地进行诸如视场选择、聚焦、图像记录、图像数据输出到监视器等一系列的操作。当今透射电镜新一代电镜普遍利用计算机和图像处理分析技术，实现了电镜数字化及其图像的自动处理分析。传统透射电镜采用电镜专用的电子感光底板曝光成像，其照片结果要经过冲洗、印像，不仅耗费大量照相材料，须经一整套繁琐的暗室操作，而且更麻烦的是当最终照片不理想时，一切得从头开始，但往往很难再找到原来理想的微观视场。随着电镜仪器的老化，干扰因素的增多，这种少慢差费、劳民伤财的状况越来越严重。电子显微镜的放大倍数高，成像系统中的噪声也会被放大，因而会引起图像质量的下降。透射电镜对试样的要求高，首先要求试样很薄以便于电子束通过，粉末试样要以炭膜为支持膜，当粉末在炭膜上分散不均匀时，会导致图像背底噪声，图像变得模糊。另外，电子枪发射出来的电子，加速后到达试样的不一致性会引起电子噪声。电子显微镜物镜的焦距若调节不当，所得到的图像就不能完全反映其真实图像，原像中有些细节可能是假像，有些细节可能完全丢失，这称为过滤效应。再者，任何一张电子显微镜的图像都是二维的平面像，任何一个三维物体的复杂结构需要通过若干张二维图像才能得到，这就需要用图像处理的技术来解决。三、我国透射电镜发展状况我国在透射电镜的研制方面力量薄弱，至今尚未有商品化的国产透射电子显微镜。我国各科研院所和大专院校的现有电镜设备，基本上是直接购买国外先进的电镜或者在原有电镜的基础上改造升级。清华大学材料工程学院所购日本电子的JEM-2010F和JEM-200CX实现了图像的实时采集和数字化，具有良好的图像质量，但价格昂贵，每套图像处理系统报价在6-8万美元。北京有色金属研究院在其原有透射电镜JEM-120F的基础上改造了电镜的结构，使其能够实时采集图像并转换成数字图像。北京化工大学的微观分析所也装配了这套系统。据实地考察，该数字图像采集与处理分析系统获取的图像背景粗糙、放大倍数超过二十万倍时CCD灵敏度不够、图像的亮度偏低，且基本上没有后续的图像处理软件。国外的透射电镜价格居高不下，而且使用的耗材价格昂贵；国内对透射电镜的数字化改造已取得一定的成绩和经验，但其完成的系统图像质量不佳、分析处理功能简单、图像的分析标定功能基本没有。纵观国内外对透射电镜的研究和使用情况，可以得出以下结论：(1)对现有设备进行数字化改造的基本条件已经具备(包括高分辨率CCD摄像机、高性能计算机和较为成熟的图像处理技术等)。(2)我国现有八十年代购买的国外电镜数百台，如能通过配置数字图像接收处理系统使其基本能够完成透射电镜图像的数字化和处理分析，达到透射电镜升级改造的目的，将可以较少的投入，产生较大的社会经济效益。第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率P：压缩机轴的输入功率绝热指示效率等温指示效率机械效率总效率（绝热、等温）二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4.功率和效率三、多极压缩和中间冷却第一级