电子显微镜技术只是课件.ppt

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1、电子显微镜技术从本世纪初，电子光学理论得到了发展，科学家发现光波与电子运动有很深刻的相似性。1926年，Busch发表了关于磁聚焦的论文，指出旋转对称磁场可以使电子束折射，如同光学透镜使光线折射一样，随后德国的其他一些科学家发表了一系列电子光学论文，为电子光学奠定了理论基础。1932-1933年，德国制成了世界上第一台透射电子显微镜（具有三个透镜，冷阴极放电电子源，分辨率500Å）。1939年，德国西门子公司生产了第一台作为商品的透射电镜，分辨率已能达到100Å。1942年英国制成了第一台扫描电镜。电镜的出现是人

2、们探索微观世界的一大突破。到现在最先进的透射电镜，其分辨率已能达到1~2Å，已能观察到重金属原子和大分子像，电镜在科学的各个领域得到了广泛的应用。二、光学显微镜的分辨极限光的衍射：光属于电磁波，由于它具有波动性质，使得透镜各部分折射到像平面上的像点及其周围区域的光波相互之间发生干涉作用，产生衍射现象。即使是一个理想的点光源通过透镜成像时，由于衍射效应，在像平面上也不能得到一个理想的像点，而形成一个具有一定尺寸的中央亮斑及其周围明暗相间的圆环所组成的所谓埃利（Airy）斑。通常以埃利斑第一暗环的半径来衡量其大小。根

3、据衍射理论推导，点光源通过透镜产生的埃利斑半径的表达式为：（１）－－－透镜物方介质折射率（样品）－－－照明光波长－－－透镜孔径半角－－－透镜放大倍数一个样品可看成是由许多物点所组成的，当用波长为的光波照射物体时，每一个物点都可看成一个“点光源”，用透镜成像时，每一个“点光源”（如物点散射的光）都在透镜的像平面上形成各自的埃利斑像。如两物点相距较大，相应的埃利斑像也彼此分开；当两物点接近时，埃利斑像也彼此接近，直至部分重叠。瑞利（LordRayleigh）建议分辨两埃利斑像的判据是：两埃利斑中心间距等于第一暗环半径

4、（如图），此时两埃利斑强度叠加曲线表明，两中央峰之间叠加强度比中央峰最大强度低19%，因此肉眼仍能分辨是两个物点的像。我们把两埃利斑中心间距等于第一暗环半径时，样品上相应的两个物点间距离定义为透镜能分辨的最小距离，也就是透镜的分辨本领。由（１）式得到：对于玻璃透镜来说，最大的孔径半角α=70~75o在物方介质为油的情况下，n≈1.5,其数值孔径nsinα≈1.25~1.35,因此式（２）可以简化为：Δr0≈1/2λ,这又称为半波公式。上式说明，透镜能分辨的两点间的最小距离，即分辨本领主要取决于照明波长，半波长是光

5、学透镜分辨率的理论极限。可见光的波长在3900~7600Å之间，最佳情况下光学透镜分辨率极限值可达2000Å左右。三、电子显微镜的分辨极限根据上述的理论，要提高显微镜的分辨率，只有把照明源的波长缩短。理论上计算，电子显微镜使用的光源―电子光束，其波长约为可见光的十万分之一，（加速电压为50kv时，电子束波长λ=0.0526Å，）则电镜的理论分辨率也应提高十万倍（0.026Å）。但实际上电镜目前还达不到这样的分辨率，这是因为分辨率还要受到电磁透镜球面像差系数的影响。电镜实际分辨率Δr0=Aλ3/4Cs1/4Δr0―

6、―分辨率（Å）λ――电子束波长Cs――电磁透镜的球面像差系数现在透射电镜的极限分辨率已能达到~1Å。第二节　光学透镜与电磁透镜一．光学透镜的成像原理对于薄透镜成像，物平面、焦平面、像平面三者之间的关系可按下式计算确定：－－物距－－像距－－焦距放大倍数二．电磁透镜的成像原理与光在光学透镜中透过产生折射一样，当一个电子束在激磁线圈中透过时，由于受电磁场的作用，电子运动会发生折射。与光在光学如电子运动方向与磁场（力线）垂直，运动轨迹是一个圆，半径，其中为电子质量，vo为电子初速度，e为电子电荷，H为磁场强度。当电子运动

7、方向与磁力线成一定角度时，则每个电子的速度矢量v将分解为两个分量。一个平行于磁力线为vz,一个垂直于磁力线为vr。平行分量使电子沿磁力线方向运动，垂直分量使电子作圆周运动。因此，在此情况下，电子运动的轨迹是一个螺旋线。，螺旋线的半径决定于垂直磁力线的分速度，但电子旋转一周所需的时间为即电子旋转一周所需的时间仅与磁场强度H有关,而与速度分量无关，所以不同速度分量运动的电子转一圈所需的时间是一样的。虽然每个电子的圆圈轨道半径不一样，如果每个电子运动方向与线圈轴夹角很小，所有电子的轴向速度分量可看作大致相等，那么从同一

8、点发射的所有电子沿着自己的螺旋轨道经过相同时间又在同一点会聚，即起聚焦作用。因此，对于磁透镜，有三点结论：①电磁透镜能产生螺旋磁场（旋转对称磁场）②电子束通过电磁透镜后能聚焦③符合光学透镜公式：第三节透射电镜的结构原理（TEM）(TransmittedElectricMicroscope)第三节透射电镜的结构原理（TEM）(TransmittedElectricMicro