《材料测试技术》PPT课件

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1、第7章透射电子显微分析JEM-2010透射电镜JEM200CX透射电子显微镜第一节电子光学基础眼晴的局限性准确性、灵敏性、适应性和精密的分辨能力。人眼观察物体的粒度极限为0.1mm光学显微镜可以看到像：细菌、细胞那样小的物体。但光学显微镜超过一定放大率以后就失去了作用，最好的光学显微镜的放大极限是：2000倍电子光学的发展1924年，DeBroglie证明了快速粒子的辐射，并发现了一种高速运动的电子波，其波长为0.005nm，比可见光绿光波长短10万倍，由衍射效应确定的分辨率应为0.0025nm，但实际上为0.18n

2、m。1926年，Busch提出了用轴对称的电场和磁场对电子束进行聚集，发展成电磁透镜。电子光学的发展1931-1933年，Ruska等设计并制造了第一台电子显微镜。我国1959年开始制造电镜。经过50-60年的发展，现代透射电镜的放大倍数可以达到数百万倍以上，其分辨本领已经达到原子大小的水平。阿贝(AbbeE.K.)定律阿贝定律的意义由阿贝定律知：减小r值的途径有：(1)↑(物镜的数值孔径)N.A，即↑n和α(2)↓λ当用可见光作光源，采用组合透镜、大的孔径角(即用高倍数物镜)以及高折射率介质浸没物镜时，数值孔径N.

3、A可提高到1.5～1.6，上式可简化为：r≌λ/2阿贝定律的意义光学显微镜的极限分辨本领大约是所使用的照明光线波长的一半。可见，半波长是光学玻璃透镜可分辨本领的理论极限。可见光的波长在390-760nm，其极限分辨率为200nm。于是，人们用很长时间寻找波长短，又能聚焦成像的光波。德布洛依电子波概念X射线的波长很短，在0.05～10nm范围，但是至今还不知道有什么物质能使X射线有效地改变方向、折射和聚焦成像，即X射线很难操纵。任何运动的微观粒子伴随着一个波。他预言，这种伴随着粒子的波，其波长与粒子的质量和速度的乘积与

4、反比，即：由于电子在电场或磁场中易于改变运动的方向。且电子波的波长比可见光波短得多，所以电子显微镜在高放大倍数时所能达到的分辨率比光学显微镜高得多。电子波的波长特性电子显微镜的照明光源是电子射线。与可见光相似，运动的电子也兼有波动性和微粒性，即所谓波、粒二象性。根据DeBroglie的观点，匀速直线运动着的电子必定和一个波动相对应，其波长取决于电子运动的速度和质量：式中h= 6.626×10-34J.S为普朗克常数；m为电子质量；V为电子速度。电子波的波长特性一般，电镜的光源是一个能发射电子，并使其加速的静电装置称为

5、电子枪。加速电场的极间电压称为加速电压，是电镜的一个重要性能指标。初速度的电子，受到电位差为V的电场加速获得能量，根据能量守恒原理，假设V不太高，电子获得的动能为：有由电子的波长为：式中e=1.6×10-19C为电子电荷；m=为电子质量；V=为加速电压。电子波的波长特性① 若电子速度较低，则其质量和静止质量相近，即m≈m0，则②若加速电压很高，使电子具有极高速度，则经过相对论修正，有式中C=3.0×108m/s为光速电子波的波长特性另外，在电位差为V的电场作用下，一个静止电子所获得的动能等于电子的总能量mc2与静止能

6、量m0c2之差，即：ev=mc2－m0c2整理以上各式得电子波的波长特性常用加速电压与电子波的波长：透射电镜的加速电压一般在50～100kV，电子的波长在0.00536～0.00370nm比可见光的波长小几十万倍。比结构分析中常用的X射线的波长也小1～2个数量级。电子波的波长特性综上所述：提高加速电压，缩短电子波长，提高电镜分辨率；加速电压越高，对试样的穿透能力越大，可放宽对样品的减薄要求。如用更厚样品，更接近样品实际情况。电子波长与可见光相比，相差105量级。电磁透镜可见光用玻璃透镜聚焦。电子束在旋转对称的静电场或

7、磁场中可起到聚焦的作用。电子束的聚焦装置是电子透镜。相应的分为：静电透镜和磁透镜。透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像的装置是电磁透镜。电磁透镜实质是一个通电的短线圈，它能造成一种轴对称的不均匀分布磁场。实际上的电磁透镜要求磁场集中，在结构设计上必须考虑。1)带有软磁铁壳的磁透镜2)带有极靴的磁透镜电子透镜的分辨率但实际电镜的分辨率远远达不到上述指标，为什么呢？这是因为电磁透镜存在着像差：已知光学衍射确定的分辩率为(n=1.5,α=70-75°)电子透镜的主要象差---球面象差球面象差物点P，旁轴电子形成的高斯象

8、是P'点,通过高斯象点垂直于光轴的平面称高斯平面。由于透镜光阑有一定大小,所以同是从P点发现的电子,当张角不同时,落在高斯平面的不同点上。假设张角最大的电子落在P''点,在高斯平面上,所得到的象是以P'P''为半径的圆斑。轴上一物点的象成了有一定大小的圆斑。电子透镜的主要象差---轴上象散实际的透镜磁场或电场不是理想的旋转对称场，这使得透镜在不