电子显微镜简述

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1、电子显微镜简述电子显微镜，简称电镜，是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。1931年，德国学者Knoll和Ruska获得了放大12-17倍的电子光学系统中的光阑像，证明可用电子束和电磁透镜得到电子像。1931-1933年，Ruska等做出了世界上第一台透射电子显微镜。Ruska因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、反射式电子显微镜和发射式电子显微镜等。透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构；扫描式

2、电子显微镜主要用于观察固体表而的形貌，也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合，构成电子微探针，用于物质成分分析；发射式电子显微镜用于自发射屯子表面的研究。电子显微镜成像主要有三大因素：分辨率（分辨能力）、放大倍数和衬度。分辨率表示能分清两个点中心距离的最小尺寸一一电子显微镜的分辨率：5=BCsTo放大倍数——电子显微镜的放大倍数：M总=M1M2-Mn,可达106〜IO?数量级。所谓衬度，即是像面上相邻部份间的黑白对比度或颜色差，电子显微图像的衬度主要包括质厚衬度（吸收衬度）、衍射衬度、相位衬度和Z衬度。其中，质厚衬度一一由样品中不同区域的平均原子序数或厚度

3、存在差界而引起的，即与样品的原子序数及样品厚度有关；衍射衬度——由样品内不同区域的晶体学特征存在差异而引起的，也可以认为是由于晶体薄膜的不同部位满足布拉格衍射条件的程度有差异而引起的衬度；相位衬度一一由于样品调制后的电子波存在相位差异而引起的，即散射波和入射波发生干涉产生的衬度。（一）透射电子电镜（TEM,亦称投射式电子显微镜）透射电镜是在一个高真空系统中，由电子枪发射电子束，穿过被研究的样品，经电子透镜聚焦放大，在荧光屏上显示出高度放大的物像，还可作摄片记录的一类最常见的电子显微镜。透射电镜包括电子光学系统、真空系统和电源系统。其中，电子光学系统可分为

4、照明系统一一由电子枪（阳极、栅极、阴极）和聚光镜（第一聚光镜、第二聚光镜）构成；成像系统——含有物镜、屮间镜与投影镜；和光测记录系统——由观察室、荧光屏和底片盒三部分组成。真空系统主要含有旋转泵和扩散泵两大部分。透射电镜的总体工作原理是：由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，

5、最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。由于高分子试样在电镜观察时受以下几方面影响：真空度、电子损伤、屯子束透射能力、200kV加速电压下、切片厚度应在lOOnm以下。试样的制备包括网的种类（铜、银、不锈钢、尼龙等）选择、支持膜的选取、试样固定（直接固定、粉末分散）、超薄切片的制备（常温切片一一样品包埋、修块、切片、切片厚度选择与捞取切片；冷冻切片）与染色（OsO4染色一—可染-OC-双键、-0H基、-NH2基；Ru04染色——克服了0s04染色的局限性。对大部分聚合物都能染色,对PVC、PMMA

6、、PAN、PVF不能染色）等。透镜电子电镜主要应用在结晶性材料与非结晶性材料，同时也应用于动态观察（研究高聚物的断裂机理）、应力白化的观察、高分子“合金”中填充剂的分散状况、高分子乳液的颗料形态、催化剂的研究、生物样品的研究、电子束照射对试样的损伤与纳米材料的观察等。（二）扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电

7、子振荡（等离子体）。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品木身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。扫描电子显微镜止是根据上述不同信息产生的机理，采用不同的信息检测器，使选择检测得以实现。如对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌的信息；对X射线的采集，可得到物质化学成分的信息。正因如此，根据不同需求，可制造出功能配置不同的扫描电子显微镜。扫播电子显微镜由三大部分组成：真空系统，电子束系统以及成像系统。SEM的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表而激发出次级电子，次级电子的多

8、少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那