材料分析方法9.ppt

§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 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。 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； （6）放大倍数及分辨率不同； （7）景深焦长不同。 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。 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行观察分析。 （由于TEM样品既薄又小，厚度在5~500nm之间，通常用外径为3mm的铜网来支持。） 应满足的要求 ⑴ 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； ⑵ 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； ⑶ 样品移动机构要有足够的精度； ⑷ 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 二. 电子束倾斜与平移装置 为了适应各种成像操作，电子束需平移和倾斜——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θ角，下偏转线圈又使电子束逆时针偏转θ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θ角，下偏转线圈使电子束逆时针偏转（θ+β）角，结果电子束发生了倾斜，相对于原方向倾斜了θ角。 图 电子束平移和倾斜的原理图 (a)平移; (b)倾斜 * * * * * * * * * 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 TEM的结构： TEM 电子光学系统（镜筒） 电源与控制系统 真空系统 照明系统 成像系统 观察记录系统 电子枪：TEM电子源 聚光镜 平移、对中倾斜调节装置 物镜、中间镜、投影镜 荧光屏和照相装置 一 概述 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 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 镜筒内为什么保持高真空状态： ⑴ 防止高速电子受空气分子碰撞而改变运动轨迹； ⑵ 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； ⑶避免阴极氧化及样品污染。 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，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。 二. 电子光学系统的结构 ㈠ 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。 电子枪