透射电子显微镜课件.ppt

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1、8-1 透射电子显微镜的结构与成像原理8-2 主要部件的结构与工作原理8-3 透射电子显微镜分辨本领和放大倍数测定,第八章 透射电子显微镜,1,t课件,本章重点：,1 TEM与光学透镜的异同。2 电子光学系统的构造及各部分的功能。3 如何实现成像操作和衍射操作?4 TEM中主要光阑的位置和作用。5 成像系统中各透镜的功能。,2,t课件,8-1 透射电子显微镜的结构与成像原理,透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜来聚焦成像，因此有很高的放大倍数（106倍），高分辨率（0.1nm）。,透射电镜（TEM）,电子光学系统（核心）电源与控制系统真空系统,照明系统成像系统观察与记录系统

2、,一、 概述,3,t课件,TEM的结构：,4,t课件,、TEM的光路成像原理 电子枪发射电子束 经聚光镜聚焦 照明样品 电子束穿过样品 在物镜的背焦面上形成衍射花样 在物镜的像平面上形成显微图像 图像被中间镜和投影镜逐步放大 在荧光屏或感光底片上成像,经物镜放大成像,5,t课件,图 透射显微镜构造原理和光路,b) 透射光学显微镜,a) 透射电子显微镜,6,t课件,、镜筒内为什么保持高真空状态： 防止高速电子受空气分子碰撞而改变运动轨迹； 避免因空气分子电离而引起放电而破坏了电子枪电极间的绝缘；避免阴极氧化及样品污染。,7,t课件,3 、为什么使用电磁透镜？ 使用静电透镜（用电场聚焦）需要高压，

3、给设备的设计和操作带来不便。 故现代电镜中静电透镜只在电子枪中使用；而聚光镜、物镜、中间镜和投影镜则都采用电磁透镜（用磁场聚焦），可以通过改变激磁电流来调节透镜的聚焦能力。,8,t课件,4、 TEM和光学透射显微镜的异同,相同点： （1）光学成像原理相同； （2）都能用于形貌分析。不同点： （1）光源不同； （2）聚焦透镜不同； （3）TEM中有中间镜； （4）成像屏幕不同； （5） TEM镜筒中要保持高真空；,9,t课件,（6）放大倍数及分辨率不同；（7）景深焦长不同。,10,t课件,二. 电子光学系统的结构, 照明系统 作用：提供一束高亮度、孔径角小、平行度好、束流稳定、可平移倾斜的电子束

4、。 电子枪 提供电子束 构成： 聚光镜 汇聚电子束、调节束斑 调节装置（偏转器） 调节电子束 的照明角度及位置,11,t课件,1.电子枪 作用：提供电子束，最常用的是热阴极电子枪。 钨丝阴极：发射电子 栅极 ：稳定电子流 使电子汇聚成束（50m电子源） 阳极 ：加速电子,构成：,12,t课件,图 电子枪 (a)自偏压回路 (b)电子枪内的等电位面,13,t课件,聚光镜,作用： a 把来自电子枪的发散的电子束（ 50m ）聚成细束（ 210m ）； b 配合使用聚光镜光阑，可以调节照明强度、孔径角。 第一聚光镜缩小束斑（15m ）； 第二聚光镜放大束斑（ 210m ）， 可得到几乎平行的照明电子

5、束。,构成：,14,t课件,图 照明系统光路,15,t课件, 成像系统,成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜构成，其作用是成像，电磁透镜和光学透镜作用相似，成像公式也相同。物镜 a. 作用： 用来形成第一幅高分辨率电子显 微图像或电子衍射花样； 注： 透射电镜分辨本领的高低，主要取 决于物镜。,16,t课件,b.物镜的特点：, 是强激磁短焦距的透镜（=13mm）； 放大倍数较高，一般在100300倍； 最高分辨率可达0.1nm左右。物镜的背焦面上有物镜光阑。其作用： 减小球差、像散、色差； 进行暗场及衍衬成像。,17,t课件,2. 中间镜,a.作用：放大或缩小来自物镜的电子像，并且调节中间镜的位

6、置，可以进行成像操作和电子衍射操作。 如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合，则在荧光屏上得到一幅放大像成像操作。 如果把中间镜的物平面和物镜的背焦面重合，则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样电子衍射操作。(图）,18,t课件,图 透射电镜成像系统的两种基本操作(a)将衍射谱投影到荧光屏 (b)将显微像投影到荧光屏,19,t课件,b. 中间镜特点 弱激磁长焦距； 可变倍率，可在020倍调节（其放大倍数大于 1，放大物镜像；放大倍数小于1时，缩小物镜像）。 （ 总放大倍数为物镜、中间镜、投影镜三级放 大倍数的乘积）3. 投影镜 作用：把中间镜放大或缩小的像（电子衍射花样）进一步放大并投影到荧光屏；

7、特点：a 强激磁短焦距； b 孔径角很小，因此景深和焦长都非 常大。,20,t课件, 观察记录系统,构成：荧光屏和照相机构。作用：当反映样品微观特征的电子强度分布， 由成像系统投射到荧光屏后，被转换成 与电子强度成比例的可见光图像，还可 利用照 相机构进行照相。 荧光屏有较高的分辨率，因此可用光学放大镜进一步放大。,21,t课件,二. 成像方式,TEM有两种基本成像模式： 衍射成像晶体结构同位分析 显微成像微观组织形貌观察1. 显微成像 高放大倍数成像：中间镜以物镜像为物，投影 镜又以中间镜像为物，成像于荧光屏，结果可 以获得几万至几十万放大倍数电子像。,22,t课件, 中放大倍数成像：利用中

8、间镜来缩小物镜像， 再利用投影镜放大，中间镜像放大倍数为几千 几万倍。 低倍放大成像: 减少透镜数目或放大倍数，例如关闭物镜，减弱中间镜的激磁强度，使中间镜起着长焦距物镜作用，投影镜以中间镜像为物，成像于荧光屏，放大倍数几百倍。,23,t课件,2. 衍射成像,晶体样品通过物镜在后焦面上形成衍射像，调节中间镜焦距，使其物平面与物镜后焦面重合，可以最终在荧光屏上形成二次放大的衍射图像。有意义的衍射像必须明确它是来自样品那个区域的衍射波，这就是选区衍射。,24,t课件,8-2 主要部件的结构与工作原理,样品台功能：承载样品，并使样品能在物镜极靴孔 内平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣 的样品区域或位向进

9、行观察分析。 （由于TEM样品既薄又小，厚度在5500nm之间，通常用外径为3mm的铜网来支持。）,25,t课件,应满足的要求 铜网应牢固地夹持在样品座中并保持良好的 热电接触，应减小电子照射引起的热堆积和 电荷堆积，以免使样品损伤或图像漂移； 样品台能够平移，以确保样品铜网上大部分 区域都能观察到； 样品移动机构要有足够的精度； 样品能相对于电子束照射方向作有目的的倾 斜，以便从不同方位获得各种形貌和晶体学 信息。3. 常用的倾斜装置斜插式倾斜装置（见下图） 构成：圆柱分度盘显示倾斜的度数 样品杆承载样品，可旋转使样品倾斜,26,t课件,二. 电子束倾斜与平移装置,为了适应各种成像操作，电子

10、束需平移和倾斜电磁偏转器可实现这种功能。 电磁偏转器由上、下偏转线圈构成。（见下图）平移上偏转线圈使电子束顺时针偏转角，下偏转线圈又使电子束逆时针偏转角，结果电子束发生了平移。倾斜上偏转线圈使电子束顺时针偏转角，下偏转线圈使电子束逆时针偏转（+）角，结果电子束发生了倾斜，相对于原方向倾斜了角。,27,t课件,图 电子束平移和倾斜的原理图(a)平移; (b)倾斜,28,t课件,三. 消像散器,作用：消除像散，也就是因磁透镜径向磁场不 均匀造成径向焦点不同的现象。消像散器 是将不均匀的磁场调整成各径向均匀的磁 场。椭圆形磁场圆形磁场。2. 工作原理 消像散器分为：机械式和电磁式。 在电磁透镜的外围

11、加两对电磁体，每对电磁体均采用同极相对的安置方式，通过改变这两对电磁体的激磁强度和磁场的方向，将椭圆形磁场校正对称。,29,t课件,图 电磁式消像散器示意图,30,t课件,四. 光阑,聚光镜光阑限制照明孔径角（第二聚光镜下方）。物镜光阑（衬度光阑）常安放在物镜的后焦面上。 主要作用： 减小物镜孔径角，以减小像差，获得衬度 较大的、质量较高的显微图像。 在物镜的后焦面上套取衍射束的斑点（副 焦 点）成像获得暗场像。3. 选区光阑（场限光阑或视场光阑）常安放在物镜的像平面上。 主要作用： 用于选区衍射，也就是选择样品上的一个微小 的区域进行晶体结构分析，限制电子束只能通过光阑孔限定的微区成像。,3

12、1,t课件,图抗污染光阑,32,t课件,8-3 透射电子显微镜分辨本领和放大倍数测定,点分辨本领的测定 将铂、铂-铱或铂-钯等金属或合金，用真空蒸发的方法获得粒度为510埃，间距为210埃的粒子，将其均匀地分布在火棉胶（或碳）支持膜上，在高放大倍数下拍摄这些粒子的像，并经光学放大（5倍左右），从照片上找出粒子间最小的间距，除以总放大倍数，即为相应电子显微镜的点分辨本领。,33,t课件,图 点分辨率的测定(真空蒸镀金颗粒),34,t课件,二. 晶格分辨本领的测定,利用外延生长法制得定向单晶薄膜作为标样（选取多种不同材料单晶薄膜，其晶面间距由大小各不相同），拍摄其晶格像这些晶体的晶面间距已知，将已

13、知晶面间距的多个标样在透镜下观察，刚好能分辨清的一个样的晶面间距即为晶格分辨本领。,35,t课件,三. 放大倍数的测定,常用方法：用衍射光栅复型作标样，在一定条件下（加速电压、透镜电流等），拍摄标样的放大像。从底片上测量光栅条纹像的平均间距，除以光栅实际条纹间距，即为仪器相应条件下的放大倍数。 说明：TEM的放大倍数随样品平均高度、加速电压、透镜电流而变化。,36,t课件,左图为晶格分辨率测定金(220),(200)晶格像下图为 1152条/mm衍射光栅复型放大像(a)5700倍; (b)8750倍,37,t课件,当对放大倍数精度要求较高时：在样品表面上放少量尺寸均匀、并精度已知球径的塑料小球作为内标准测定放大倍数。 在高放大倍数（如10万倍以上）情况下，用外延生长法制得的定向单晶薄膜作标样，拍摄晶格条纹像，测量像上条纹间距，计算出测量值与实际晶面间距的比值，即为放大倍数。,38,t课件,本 章 结 束,返回总目录,返回本章目录,39,t课件,