透射电子的显微镜介绍

1第九章透射电子显微镜2

通常透射电镜由电子光学系统、电源系统、真空系统、循环冷却系统和操作控制系统组成．

其中电子光学系统是电镜的主要组成部分，通常称为镜筒．图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒)高压系统3真空系统4操作控制系统56观察和记录系统透射电镜，通常采用热阴极电子枪来获得电子束作为照明源。热阴极发射的电子，在阳极加速电压的作用下，高速穿过阳极孔，然后被聚光镜会聚成具有一定直径的束斑照到样品上。具有一定能量的电子束与样品发生作用，产生反映样品微区厚度、平均原子序数、晶体结构或位向差别的多种信息。工作原理7透过样品的电子束强度（取决于上述信息），经过物镜聚焦放大在其像平面上形成一幅反映这些信息的透射电子像，经过中间镜和投影镜进一步放大，在荧光屏上得到三级放大的最终电子图像，还可将其记录在电子感光板或胶卷上。透镜电镜和普通光学显微镜的光路是相似的。8光学显微镜与透射电镜的比较比较部分光学显微镜透射电镜光源可见光电子源(电子枪)照明控制玻璃聚光镜电子聚光镜样本1mm厚的载玻片200~500nm厚的薄膜放大成像系统玻璃透镜电子透镜介质空气和玻璃高度真空像的观察直接用眼利用荧光屏聚焦方法移动透镜改变线圈电流或电压分辨本领200nm0.2~0.3nm有效放大倍数103×106×物镜孔径角约700＜10景深较小较大焦长较短较长像的记录照相底板照相底板正是由于α很小，TEM的景深和焦长都很大9

TEM成像系统可以实现两种成像操作：一种是将物镜的像放大成像，即试样形貌观察；另一种是将物镜背焦面的衍射花样放大成像，即电子衍射分析。

TEM成像系统中的物镜是显微镜的核心，它的分辨率就是显微镜的分辨率。10透射电镜的显著特点是分辨本11领高。目前世界上最先进的透射电镜的分辨本领已达到0.1nm,可用来直接观察原子像。特点位错衍射衬度1245钢900℃水淬，600℃回火1h，6000×13二相粒子萃取复型样品制备示意图质厚衬度14光源中间像试样物镜聚光镜目镜电子镜聚光镜试样物镜中间像投影镜观察屏

照相底板毛玻璃照相底板15电镜一般是电子光学系统、真空系统和供电系统三大部分组成。16电子光学系统从结构上看，电子显微镜和光学透镜非常类似。

1）照明部分阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米的钨丝作成V或Y形状。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，阴极带有负高压。控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象的亮度。阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，因此，人们习惯上把它们通称为“电子枪”。聚光镜：由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用，电子束穿过阳极小孔后，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚光镜就是为克服这种缺陷加入的，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。171819阴极（接负高压）控制极（比阴极负100~1000伏）阳极电子束聚光镜试样图照明部分示意图2）成象放大部分20这部分有试样室、物镜、中间镜、投影镜等组成。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。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聚于其后焦面上，构成含有试样结构信息的散射花样或衍射花样；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。物镜的最短焦距可达1毫米，放大倍数约为300倍，最佳分辨本领可达1埃，目前，实际的分辨本领为2埃。为了减小物镜的球差和提高象的衬度，在物镜极靴进口表面和物镜后焦面上还各放一个光阑，物镜光阑（防止物镜污染）和衬度光阑（提高衬度）在分析电镜中，使用的皆为双物镜加辅助透镜，试样置于上下物镜之间，上物镜起强聚光作用，下物镜起成象放大作用，辅助透镜是为了进一步改善场对称性而加入的。2122232425近代高性能电镜一般都设有两个中间镜，两个投影镜。三级放大放大成象成象和极低放大成象示意图如下所示26（b）衍射（c）低放大率27物物镜衍射谱一次象中间镜二次象投影镜三次象荧光屏）图

（a）高放大率选区光阑28物镜关闭无光阑中间镜（作物镜用）第一实象投影镜（荧光屏）普查象图极低放大率象3）显象部分29这部分由观察室和照相机构组成。在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析附件。2.

真空系统为了保证真在整个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，一般真空度为

毫米汞柱。303.

供电系统31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，尚有自动操作程序控制系统和数据处理的计算机系统。日本日立公司H－700电子显微镜，配有双倾台，并带有7010扫描附件和

EDAX9100能谱。该仪器不但适合于医学、化学、微生物等方面的研究，由于加速电压高，更适合于金属材料、矿物及高分子材料的观察与结构分析，并能配合能谱进行微区成份分析。分辨率：0.34nm加速电压：75KV－200KV放大倍数：25万倍能谱仪：EDAX－9100扫描附件：S701032常见的一些透射电子显微镜CM200-FEG场发射枪电镜JEM-2010透射电镜加速电压200KVLaB6灯丝点分辨率

1.94Å加速电压20KV、40KV、80KV、160KV、200KV可连续设置加速电压热场发射枪晶格分辨率

1.4Å点分辨率

2.4Å最小电子束直径1nm能量分辨率约1ev

倾转角度α=±20度β=±25度3334JEM-2010透射电镜加速电压200KVLaB6灯丝点分辨率

1.94ÅEM420透射电子显微镜加速电压20KV、40KV、60KV、80KV、100KV、120KV晶格分辨率

2.04Å点分辨率

3.4Å最小电子束直径约2nm倾转角度α=±60度β=±30度Philips

CM12透射电镜加速电压20KV、40KV、60KV、80KV、100KV、120KVLaB6或W灯丝晶格分辨率

2.04Å点分辨率

3.4Å最小电子束直径约2nm；倾转角度α=±20度β=±25度CEISS902电镜加速电压50KV、80KVW灯丝顶插式样品台能量分辨率1.5ev倾转角度α=±60度转动400035FEI

Tecnai

20ObjectiveApertureEnergy

DispersiveSpectrometerGoniometerSelectiveApertureCCD

CameraRight

Control

PanelView

ScreenLeft

Control

Panel36Libra200

FE37Electron-Specimen

InteractionCharacteristic

X-RayTEMTEM能提供形貌、结构、成分信息。38Operation

Modes39

Morphological,

structural

and

elementalinformation

can

be

obtained

in

differentoperation