电子显微技术

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1、电子显微技术电子显微镜(简称电镜，EM)经过五十多年的发展已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具。我国的电子显微学也有了长足的进展。电子显微镜的创制者鲁斯卡(E.Ruska)教授因而获得了1986年诺贝尔奖的物理奖。总述：电子与物质相互作用会产生透射电子，弹性散射电子，能量损失电子，二次电子，背反射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子，阴极发光和电动力等等。电子显微镜就是利用这些信息来对试样进行形貌观察、成分分析和结构测定的。总述：电子显微镜有很多类型，主要有透射电子显微镜(简称透射电镜，TEM)和扫描电子显微镜(简称扫描电镜，SEM)两大类。扫描透射电子显微镜(简称扫描透射电镜，ST

2、EM)则兼有两者的性能。总述：总述——显微镜的发展历史17世纪，光学显微镜（观察细菌和细胞的微米世界）理论极限分辨率0.2mm20世纪20～30年代量子力学的发展（电子的波粒二相性）1931年，第一台电子显微镜诞生（TEM）（观察病毒和纳晶的纳米世界）1939年，德国西门子公司生产出第一批商业TEM1942年，第一台实验室用SEM诞生1965年，第一台商品SEM1982年，第一台STM问世（标志着人类进入了人工操纵原子的时代）总述：光学显微镜与电子显微镜的区别总述：光学显微镜与电子显微镜的区别项目电子显微镜光学显微镜照明光源电子束可见光照明波长加速电压80kV时，波长其中紫色光波长

3、400nm为0.0042nm分辨率0.2nm0.2μm（肉眼分辨0.2mm）放大倍数100万倍1000倍成像透镜电磁透镜玻璃透镜照明介质1.33x10-4Pa以上真空度空气、玻璃、油焦距调整调整物镜电流，改变磁场改变物镜与样品之间距离强度调整焦距调焦样品50～100nm超薄切片厚切片样品载体具有支持膜载网载玻片OpticalMicroscopeVSSEM总述：总述：Thecomparisonpictureofmicroscopeandtransmissionelectronmicroscope总述：Thecomparisonpictureofscanningelectronmicr

4、oscopeandtransmissionelectronmicroscope主要内容：TEM——透射扫描电镜SEM——扫描电子显微镜STM——扫描遂道显微镜AFM——原子力显微镜ESEM——环境扫描电镜STEM——扫描透射电镜FESEM——场发射扫描电镜SEAM——扫描电声显微镜TEM（透射电子显微镜）：透射电子显微镜（英语：Transmissionelectronmicroscopy，缩写TEM），简称透射电镜。是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。用于

5、观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。TEM——透射电镜的结构图5-11是透射电镜的外观照片。通常透射电镜由电子光学系统、电源系统、真空系统、循环冷却系统和控制系统组成，其中电子光学系统是电镜的主要组成部分。图5-12是电子光学系统的组成部分示意图。由图可见透射电镜电子光学系统是一种积木式结构，上面是照明系统、中间是成像系统、下面是观察与记录系统。TEM——照明系统照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。电子枪是发射电子的照明光源。聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而成的交叉点进一步会聚后照射到样品上。照明系统的作用就是提供一束亮度高、照明孔径角

6、小、平行度好、束流稳定的照明源。TEM——电子枪电子枪是透射电子显微镜的电子源。常用的是热阴极三极电子枪，它由发夹形钨丝阴极、栅极帽和阳极组成，图5-13（a）为电子枪的自偏压回路，自偏压回路可以起到限制和稳定束流的作用。图5-13（b）是电子枪结构原理图。在阴极和阳极之间的某一地点，电子束会集成一个交叉点，这就是通常所说的电子源。交叉点处电子束直径约几十个微米。TEM——灯丝TEM——聚光镜聚光镜用来会聚电子枪射出的电子束，以最小的损失照明样品，调节照明强度、孔径角和束斑大小。一般都采用双聚光镜系统，如图5-14所示。第一聚光镜是强激磁透镜，束斑缩小率为10～50倍左右，将电子枪

7、第一交叉点束斑缩小为1～5μm；而第二聚光镜是弱激磁透镜，适焦时放大倍数为2倍左右。结果在样品平面上可获得2～10μm的照明电子束斑。TEM——从聚光镜到物镜TEM——成像系统成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成。（一）物镜物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透镜。透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于物镜。因为物镜的任何缺陷都被成像系统中其它透镜进一步放大。欲获得物镜的高分辨率，必须尽可能降低像差。通常采用强激磁，短焦距的物镜。物镜是一个强激磁