修改透射电子显微镜.pptx
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1、8-1 透射电子显微镜的结构与成像原理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透射电子显微镜分辨本领和放大倍数测定本章重点:本章重点:1 TEM1 TEM与光学透镜的异同。与光学透镜的异同。2 2 电子光学系统的构造及各部分的功能。电子光学系统的构造及各部分的功能。3 3 如何实现成像操作和衍射操作如何实现成像操作和衍射操作?4 TEM4 TEM中主要光阑的位置和作用。中主要光阑的位置和作用。5 5 成像系统中各透镜的功能。成像系统中各透镜的功能。透射电子显微镜是以透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照
2、波长极短的电子束作为照明源明源,用电磁透镜来聚焦成像,用电磁透镜来聚焦成像,因此有很高的放大因此有很高的放大倍数(倍数(106倍),高分辨率(倍),高分辨率(0.1nm)。)。透射电镜透射电镜(TEM)电子光学系统(核心)电子光学系统(核心)电源与控制系统电源与控制系统真空系统真空系统照明系统照明系统成像系统成像系统观察与记录系统观察与记录系统TEM的结构:的结构:TEM 电子光学系统(镜筒)电子光学系统(镜筒)电源与控制系电源与控制系统统真空系统真空系统 照明系统照明系统成像系统成像系统观察记录系统观察记录系统电子枪:电子枪:TEM电子电子源源聚光镜聚光镜 平移、对中倾斜调节装置平移、对中倾
3、斜调节装置物镜、中间镜、投影镜物镜、中间镜、投影镜荧光屏和照相装置荧光屏和照相装置一一 概述概述1TEM的光路成像原理的光路成像原理 电子枪发射电子束电子枪发射电子束 经聚光镜聚焦经聚光镜聚焦 照明样品照明样品 电子束穿过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背焦面上形成衍射花样 在物镜的像平面上形成形貌图像在物镜的像平面上形成形貌图像 图像被中间镜和投射镜逐步放大图像被中间镜和投射镜逐步放大 在荧光屏或感光底片上成像在荧光屏或感光底片上成像 经物镜放大成像经物镜放大成像图图 透射显透射显微镜构造原微镜构造原理和光路理和光路b)透射光学透射光学显微镜显微镜a)透射电子显微镜透
4、射电子显微镜2镜筒内为什么保持高真空状态:镜筒内为什么保持高真空状态:防止高速电子受空气分子碰撞而改变运动防止高速电子受空气分子碰撞而改变运动轨迹;轨迹;避免因空气分子电离而引起放电而破坏了避免因空气分子电离而引起放电而破坏了电子枪电子枪 电极间的绝缘;电极间的绝缘;避免阴极氧化及样品污染。避免阴极氧化及样品污染。3 为什么使用电磁透镜?为什么使用电磁透镜?使用静电透镜(用电场聚焦)需要高使用静电透镜(用电场聚焦)需要高压,给设备的设计和操作带来不便。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、中间镜和投影镜则用;而聚
5、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。过改变激磁电流来调节透镜的聚焦能力。4 TEM4 TEM和光学透射显微镜的异同和光学透射显微镜的异同相同点:相同点:(1)光学成像原理相同;)光学成像原理相同;(2)都能用于形貌分析。)都能用于形貌分析。不同点:不同点:(1)光源不同;)光源不同;(2)聚焦透镜不同;)聚焦透镜不同;(3)TEM中有中间镜;中有中间镜;(4)成像屏幕不同;)成像屏幕不同;(5)TEM镜筒中要保持高真空;镜筒中要保持高真空;(6 6)放大倍数及分辨率不同;)放大倍数及分辨率不同;
6、(7 7)用途不同;)用途不同;(8 8)景深焦长不同。)景深焦长不同。二二.电子光学系统的结构电子光学系统的结构 照明系统照明系统 作用:作用:提供一束高亮度、孔径角小、平行度好、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。束流稳定、可平移倾斜的电子束。电子枪电子枪 提供电子束提供电子束 构成构成:聚光镜聚光镜 汇聚电子束、调节束斑汇聚电子束、调节束斑 调节装置(偏转器)调节装置(偏转器)调节电子束调节电子束 的照明角度及位置的照明角度及位置1.1.电子枪电子枪 作用作用:提供电子束,最常用的是热阴极电子:提供电子束,最常用的是热阴极电子 枪枪。构成:构成:钨丝阴极钨丝
7、阴极:发射电子:发射电子 栅极栅极 :稳定电子流:稳定电子流 使电子汇聚成束(使电子汇聚成束(50m电子源)电子源)阳极阳极 :加速电子:加速电子 图图 电子枪电子枪(a)自偏压回路自偏压回路(b)电子枪内的等电位面电子枪内的等电位面2.聚光镜聚光镜 作用:作用:a 把来自电子枪的发散的电子束(把来自电子枪的发散的电子束(50m)聚成细)聚成细束(束(210m););b 配合使用聚光镜光阑,可以调节照明强度、孔配合使用聚光镜光阑,可以调节照明强度、孔径角。径角。第一聚光镜第一聚光镜缩小束斑(缩小束斑(15m););第二聚光镜第二聚光镜放大束斑(放大束斑(210m),),可得到几乎平行的照明电子
8、束。可得到几乎平行的照明电子束。构成:构成:图图 照明系统光路照明系统光路成像系统成像系统 成像系统主要由成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜物镜、中间镜和投影镜构成,构成,其作用是成像,电磁透镜和光学透镜作用相似,其作用是成像,电磁透镜和光学透镜作用相似,成像公式也相同。成像公式也相同。1.物镜物镜 a.作用作用:用来形成第一幅高分辨率电子显用来形成第一幅高分辨率电子显 微图像或电子衍射花样;微图像或电子衍射花样;透射电镜分辨本领的高低,主要取透射电镜分辨本领的高低,主要取 决于物镜。决于物镜。b.物镜的特点:物镜的特点:是强激磁短焦距的透镜(是强激磁短焦距的透镜(f=13mm););放大倍数
9、较高,一般在放大倍数较高,一般在100300倍;倍;最高分辨率可达最高分辨率可达0.1nm左右。左右。物镜的背焦面上有物镜的背焦面上有物镜光阑物镜光阑。其作用:其作用:减小球差、像散、色差;减小球差、像散、色差;进行暗场及衍衬成像。进行暗场及衍衬成像。2.中间镜中间镜 a作用作用:放大或缩小来自物镜的电子像,并且调:放大或缩小来自物镜的电子像,并且调 节中间镜的位置,可以进行节中间镜的位置,可以进行成像操作成像操作和和 电子衍射操作。电子衍射操作。如果把中间镜的如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合物平面和物镜的像平面重合,则在荧光屏上得到一幅放大像则在荧光屏上得到一幅放大像成像操作成像操作。
10、如果把中间镜的如果把中间镜的物平面和物镜的背焦面重合物平面和物镜的背焦面重合,则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样电子衍射电子衍射操作。操作。(图)图)图图9-7 透射电镜成像系统的两种基本操作透射电镜成像系统的两种基本操作(a)将衍射谱投影到荧光屏将衍射谱投影到荧光屏 (b)将显微像投影到荧光屏将显微像投影到荧光屏 b.中间镜特点中间镜特点 弱激磁长焦距;弱激磁长焦距;可变倍,可在可变倍,可在020倍调节(其放大倍数大于倍调节(其放大倍数大于 1,放大物镜像;放大倍数小于,放大物镜像;放大倍数小于1时,缩小物镜像)。时,缩小物镜像)。(总放大倍数为物镜、中间镜、投
11、影镜三级放总放大倍数为物镜、中间镜、投影镜三级放 大倍数的乘积)大倍数的乘积)3.投影镜投影镜 作用作用:把中间镜放大或缩小的像(电子衍射花:把中间镜放大或缩小的像(电子衍射花样)进一步放大并投影到荧光屏;样)进一步放大并投影到荧光屏;特点特点:a 强激磁短焦距;强激磁短焦距;b 孔径角很小,因此景深和焦长都非孔径角很小,因此景深和焦长都非 常大。常大。观察记录系统观察记录系统1.构成构成:荧光屏和照相机构。:荧光屏和照相机构。2.作用作用:当:当反映样品微观特征的电子强度信号,反映样品微观特征的电子强度信号,由成像系统投射到荧光屏后,被由成像系统投射到荧光屏后,被转换成转换成 与电子强度成比
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