《材料現(xiàn)代研究方法》教學課件：透射電鏡.ppt

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1、1透射電子顯微鏡§透射電鏡主要結構§透射電鏡電子圖像形成原理§透射電鏡樣品制備§電子衍射及結構分析2透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡是利用電子的波動性來觀察固體材料內部的各種缺陷和直接觀察原子結構的儀器。盡管復雜得多，但它在原理上基本模擬了光學顯微鏡的光路設計，簡單化地可將其看成放大倍率高得多的成像儀器。一般光學顯微鏡放大倍數(shù)在數(shù)十倍到數(shù)百倍，特殊可到數(shù)千倍。而透射電鏡的放大倍數(shù)在數(shù)千倍至一百萬倍之間，有些甚至可達數(shù)百萬倍或千萬倍。3目前，風行于世界的大型透射電鏡，分辨本領為2~3埃，電壓為20～500kV，放大倍數(shù)50~1200,000倍。由于材料研究強調綜合分析，電鏡逐漸增加

2、了一些其它專門儀器附件，使其成為微觀形貌觀察、晶體結構分析和成分分析的綜合性儀器，即分析電鏡。它們能同時提供試樣的有關附加信息。高分辨電鏡的設計分為兩類：一是為生物工作者設計的，具有最佳分辨本領而沒有附件；二是為材料科學工作者設計的，有附件而損失一些分辨能力。另外，也有些設計，在高分辨時采取短焦距，低分辨時采取長焦距。透射電鏡的主要結構4高分辨分析透射電子顯微鏡JEM200CX5高分辨分析透射電子顯微鏡JEM2010678910§透射電鏡主要結構電鏡的基本組成包括電子槍（光源）與加速級管、聚光系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、放大系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)。光路上主要由各種磁透鏡和光闌組成.1．照明系統(tǒng)2

3、．成像放大系統(tǒng)1）．物鏡2）．光闌3）．中間鏡、投影鏡M總＝M物×M中×M投3．顯像記錄系統(tǒng)11請看下圖光學顯微鏡和電鏡路圖比較12光源中間像物鏡試樣聚光鏡目鏡毛玻璃電子槍聚光鏡試樣物鏡中間像投影鏡觀察屏照相底板照相底板131.電子光學系統(tǒng)近代大型電子顯微鏡從結構上看，和光學透鏡非常類似。1）照明部分（1）陰極：又稱燈絲，一般是由0.03~0.1毫米的鎢絲作成V或Y形狀。（2）陽極：加速從陰極發(fā)射出的電子。為了安全，一般都是陽極接地，陰極帶有負高壓。（3）控制極：會聚電子束；控制電子束電流大小，調節(jié)象的亮度。陰極、陽極和控制極決定著電子發(fā)射的數(shù)目及其動能，因此，人們習慣上把它

4、們通稱為“電子槍”。透射電鏡一般是由電子光學系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)三大部分組成。14（4）聚光鏡：由于電子之間的斥力和陽極小孔的發(fā)散作用，電子束穿過陽極小孔后，又逐漸變粗，射到試樣上仍然過大。聚光鏡就是為克服這種缺陷加入的，它有增強電子束密度和再一次將發(fā)散的電子會聚起來的作用。15陰極（接負高壓）控制極（比陰極負100~1000伏）陽極電子束聚光鏡試樣照明部分示意圖16電子槍電子槍的類型有熱發(fā)射和場發(fā)射兩種，大多用鎢和六硼化鑭材料。一般電子槍的發(fā)射原理與普通照明用白炙燈的發(fā)光原理基本相同，即通過加熱來使整個槍體來發(fā)射電子。電子槍的發(fā)射體使用的材料有鎢和六硼化鑭兩種。鎢比較便

5、宜并對真空要求較低，六硼化鑭發(fā)射效率要高很多，其電流強度大約比前者高一個量級。17場發(fā)射電子槍及原理示意圖18熱發(fā)射和場發(fā)射的電子槍熱發(fā)射的電子槍其主要缺點是槍體的發(fā)射表面比較大并且發(fā)射電流難以控制。近來越來越被廣泛使用的場發(fā)射型電子槍則沒有這一問題。場發(fā)射槍的電子發(fā)射是通過外加電場將電子從槍尖拉出來實現(xiàn)的。由于越尖銳處槍體的電子脫出能力越大，因此只有槍尖部位才能發(fā)射電子。這樣就在很大程度上縮小了發(fā)射表面。通過調節(jié)外加電壓可控制發(fā)射電流和發(fā)射表面。19這部分由試樣室、物鏡、中間鏡、投影鏡等組成。（1）試樣室：位于照明部分和物鏡之間，它的主要作用是通過試樣臺承載試樣，移動試樣。

6、（2）物鏡：電鏡的最關鍵的部分，其作用是將來自試樣不同點同方向同相位的彈性散射束會聚于其后焦面上，構成含有試樣結構信息的散射花樣或衍射花樣；將來自試樣同一點的不同方向的彈性散射束會聚于其象平面上，構成與試樣組織相對應的顯微象。透射電鏡的好壞，很大程度上取決于物鏡的好壞。2）成像放大部分20近代高性能電鏡一般都設有兩個中間鏡，兩個投影鏡。三級放大放大成象成象和極低放大成象示意圖如下所示:21（a）高放大率（b）衍射（c）低放大率物物鏡衍射譜一次象中間鏡二次象投影鏡三次象（熒光屏）選區(qū)光闌22物鏡關閉無光闌中間鏡（作物鏡用）投影鏡第一實像（熒光屏）普查像極低放大率像23這部分由觀

7、察室和照相機構組成。在分析電鏡中，還有探測器和電子能量分析附件。3）顯像部分24為了保證電子在整個通道中只與試樣發(fā)生相互作用，而不與空氣分子發(fā)生碰撞，因此，整個電子通道從電子槍至照相底板盒都必須置于真空系統(tǒng)之內，一般真空度為10-4~10-7毫米汞柱。2.真空系統(tǒng)作用25透射電鏡需要兩部分電源：一是供給電子槍的高壓部分，二是供給電磁透鏡的低壓穩(wěn)流部分。電源的穩(wěn)定性是電鏡性能好壞的一個極為重要的標志。所以，對供電系統(tǒng)的主要要求是產生高穩(wěn)定的加速電壓和各透鏡的激磁電流。近代儀器除了上述電源部分外，尚有自動操