TEM實用實用教案

1、會計學1TEM實用實用(shyng)第一頁，共47頁。電鏡的放大倍數(shù)在數(shù)千倍至一電鏡的放大倍數(shù)在數(shù)千倍至一百萬倍之間，有些甚至可達數(shù)百萬倍之間，有些甚至可達數(shù)百萬倍或千萬倍。百萬倍或千萬倍。第1頁/共46頁第二頁，共47頁。 目前，風行于世界的大型電鏡，分辨本領為23 埃，電壓為100500kV，放大倍數(shù)501200,000倍。由于材料研究強調綜合分析，電鏡逐漸增加了一些其它專門儀器附件，如掃描電鏡、掃描透射電鏡、X射線能譜儀、電子能損分析等有關附件，使其成為微觀形貌觀察、晶體結構分析和成分分析的綜合性儀器，即分析電鏡。它們能同時提供試樣的有關附加信息。 高分辨電鏡的設計分為兩類：一是為生物工

2、作者設計的，具有最佳分辨本領而沒有(mi yu)附件；二是為材料科學工作者設計的，有附件而損失一些分辨能力。另外，也有些設計，在高分辨時采取短焦距，低分辨時采取長焦距。第2頁/共46頁第三頁，共47頁。第3頁/共46頁第四頁，共47頁。高分辨(fnbin)分析透射電子顯微鏡JEM2010第4頁/共46頁第五頁，共47頁。第5頁/共46頁第六頁，共47頁。第6頁/共46頁第七頁，共47頁。第7頁/共46頁第八頁，共47頁。第8頁/共46頁第九頁，共47頁。第9頁/共46頁第十頁，共47頁。第10頁/共46頁第十一頁，共47頁。透射電鏡組成透射電鏡組成(z chn)(z chn)示意圖示意圖第11

3、頁/共46頁第十二頁，共47頁。光學光學(gungxu)顯微鏡和電顯微鏡和電鏡路圖比較鏡路圖比較第12頁/共46頁第十三頁，共47頁。光源(gungyun)中間(zhngjin)象物鏡(wjng)試樣聚光鏡目鏡毛玻璃電子槍聚光鏡試樣物鏡中間象投影鏡觀察屏照相底板照相底板第13頁/共46頁第十四頁，共47頁。1 . 電子光學系統(tǒng)電子光學系統(tǒng) 圖圖9.1 是近代大型電子顯微鏡的剖面示意是近代大型電子顯微鏡的剖面示意圖，從結構上看，和光學透鏡非常類似。圖，從結構上看，和光學透鏡非常類似。 1）照明部分）照明部分 （1）陰極：又稱燈絲）陰極：又稱燈絲(dn s)，一般，一般是由是由0.030.1毫米的

4、鎢絲作成毫米的鎢絲作成V或或Y形狀。形狀。 （2）陽極：加速從陰極發(fā)射出的電子）陽極：加速從陰極發(fā)射出的電子。為了安全，一般都是陽極接地，陰極帶有。為了安全，一般都是陽極接地，陰極帶有負高壓。負高壓。 （3）控制極：會聚電子束；控制電子）控制極：會聚電子束；控制電子束電流大小，調節(jié)象的亮度。束電流大小，調節(jié)象的亮度。 陰極、陽極和控制極決定著電子發(fā)射的數(shù)陰極、陽極和控制極決定著電子發(fā)射的數(shù)目及其動能，因此，人們習慣上把它們通稱目及其動能，因此，人們習慣上把它們通稱為為“電子槍電子槍”。 透射電鏡一般是電子光學系統(tǒng)透射電鏡一般是電子光學系統(tǒng)(xtng)、真、真空系統(tǒng)空系統(tǒng)(xtng)、供電系統(tǒng)、

5、供電系統(tǒng)(xtng)三大部分組三大部分組成。成。第14頁/共46頁第十五頁，共47頁。（4）聚光鏡：由于電子之間的斥力和）聚光鏡：由于電子之間的斥力和陽極小孔的發(fā)散作用，電子束穿過陽極陽極小孔的發(fā)散作用，電子束穿過陽極小孔后，又逐漸變粗，射到試樣上仍然小孔后，又逐漸變粗，射到試樣上仍然過大。聚光鏡就是過大。聚光鏡就是(jish)為克服這種為克服這種缺陷加入的，它有增強電子束密度和再缺陷加入的，它有增強電子束密度和再一次將發(fā)散的電子會聚起來的作用。一次將發(fā)散的電子會聚起來的作用。第15頁/共46頁第十六頁，共47頁。陰極陰極(ynj)（接負（接負高壓）高壓）控制控制(kngzh)極（極（比陰極比

6、陰極負負1001000伏）伏）陽極陽極(yngj)電子束電子束聚光鏡聚光鏡試樣試樣照明部分示意圖照明部分示意圖第16頁/共46頁第十七頁，共47頁。其電流強度大約比前者高一個其電流強度大約比前者高一個量級。量級。第17頁/共46頁第十八頁，共47頁。場發(fā)射場發(fā)射(fsh)(fsh)電子槍及原理示意圖電子槍及原理示意圖第18頁/共46頁第十九頁，共47頁。很大程度上縮小了發(fā)射表面。通很大程度上縮小了發(fā)射表面。通過調節(jié)外加過調節(jié)外加(wiji)(wiji)電壓可控制電壓可控制發(fā)射電流和發(fā)射表面。發(fā)射電流和發(fā)射表面。第19頁/共46頁第二十頁，共47頁。 這部分由試樣室、物鏡、中間鏡、投影鏡等組成這

7、部分由試樣室、物鏡、中間鏡、投影鏡等組成。 （1）試樣室：位于照明部分和物鏡之間，它）試樣室：位于照明部分和物鏡之間，它的主要作用是通過試樣臺承載試樣，移動試樣。的主要作用是通過試樣臺承載試樣，移動試樣。 （2）物鏡：電鏡的最關鍵的部分，其作用是）物鏡：電鏡的最關鍵的部分，其作用是將來自試樣不同點同方向同相位的彈性散射束會將來自試樣不同點同方向同相位的彈性散射束會聚于其后焦面上，構成含有試樣結構信息的散射聚于其后焦面上，構成含有試樣結構信息的散射花樣花樣(huyng)或衍射花樣或衍射花樣(huyng)；將來自試；將來自試樣同一點的不同方向的彈性散射束會聚于其象平樣同一點的不同方向的彈性散射束會

8、聚于其象平面上，構成與試樣組織相對應的顯微象。透射電面上，構成與試樣組織相對應的顯微象。透射電鏡的好壞，很大程度上取決于物鏡的好壞。鏡的好壞，很大程度上取決于物鏡的好壞。 第20頁/共46頁第二十一頁，共47頁。 近代高性能電鏡一般都設有兩個中間鏡，兩個投影鏡。三級放大(fngd)放大(fngd)成象成象和極低放大(fngd)成象示意圖如下所示:第21頁/共46頁第二十二頁，共47頁。（a）高放大率）高放大率（b）衍射）衍射(ynsh)（c）低放大率）低放大率物物物鏡物鏡(wjng)衍射衍射(ynsh)譜譜一次象一次象中間鏡二次象二次象投影鏡投影鏡 三次象三次象（熒光屏）（熒光屏）選區(qū)光闌選區(qū)

9、光闌第22頁/共46頁第二十三頁，共47頁。物鏡物鏡(wjng)關閉關閉無光闌無光闌 中間(zhngjin)鏡（作物鏡用）投影投影(tuyng)鏡鏡第一實象第一實象（熒光屏）（熒光屏） . .普查象普查象極低放大率象極低放大率象第23頁/共46頁第二十四頁，共47頁。這部分由觀察室和照相(zho xing)機構組成。在分析電鏡中，還有探測器和電子能量分析附件。3）顯象）顯象(xin xin)部分部分第24頁/共46頁第二十五頁，共47頁。 為了保證真在整個(zhngg)通道中只與試樣發(fā)生相互作用，而不與空氣分子發(fā)生碰撞，因此，整個(zhngg)電子通道從電子槍至照相底板盒都必須置于真空系統(tǒng)之內

10、，一般真空度為 10-410-7 毫米汞柱。第25頁/共46頁第二十六頁，共47頁。 透射電鏡需要兩部分電源：一是供給電子槍的高壓部分，二是供給電磁透鏡的低壓穩(wěn)流部分。 電源的穩(wěn)定性是電鏡性能好壞的一個極為重要的標志。所以，對供電系統(tǒng)的主要要求是產生高穩(wěn)定的加速電壓和各透鏡的激磁電流。 近代儀器除了上述電源部分外，尚有自動(zdng)操作程序控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理的計算機系統(tǒng)。第26頁/共46頁第二十七頁，共47頁。第27頁/共46頁第二十八頁，共47頁。 當從電子槍發(fā)射的一束電子沿一定入射方向進入物當從電子槍發(fā)射的一束電子沿一定入射方向進入物質內部后，由于與物質的相互作用，使電子的運動方向質內部

11、后，由于與物質的相互作用，使電子的運動方向發(fā)生發(fā)生(fshng)改變，這一過程稱為物質對電子的散射。改變，這一過程稱為物質對電子的散射。在散射過程中，如果入射電子只改變運動方向，而不發(fā)在散射過程中，如果入射電子只改變運動方向，而不發(fā)生生(fshng)能量變化，稱為彈性散射。如果被散射的入能量變化，稱為彈性散射。如果被散射的入射電子不但發(fā)生射電子不但發(fā)生(fshng)運動方向的變化，同時還損失運動方向的變化，同時還損失能量，則稱為非彈性散射。能量，則稱為非彈性散射。 第28頁/共46頁第二十九頁，共47頁。 +Rn -Re(a)(b)帶負電荷的電子帶負電荷的電子(dinz)進入物質時進入物質時受

12、到帶正電荷的原子受到帶正電荷的原子核吸引而發(fā)生向內偏核吸引而發(fā)生向內偏轉，受核外電子轉，受核外電子(dinz)的庫倫排斥的庫倫排斥力作用發(fā)生向外偏轉力作用發(fā)生向外偏轉，稱為盧瑟福散射。，稱為盧瑟福散射。 第29頁/共46頁第三十頁，共47頁。 散射可分為彈性和非彈性兩類，其中散射可分為彈性和非彈性兩類，其中(qzhng)彈性散彈性散射是電子衍射的基礎。射是電子衍射的基礎。 非彈性散射與彈性散射的比值由原子序數(shù)非彈性散射與彈性散射的比值由原子序數(shù)Z決定決定，即電子在物質中的非彈性散射部分，即電子在物質中的非彈性散射部分(b fen)僅為彈僅為彈性部分性部分(b fen)的的1/Z，這是因為原子核

13、內電荷集中，這是因為原子核內電荷集中，具有較大的散射能力。原子序數(shù)愈大的原子，非彈性具有較大的散射能力。原子序數(shù)愈大的原子，非彈性散射的比例愈小，彈性散射的比例愈大。散射的比例愈小，彈性散射的比例愈大。 第30頁/共46頁第三十一頁，共47頁。第31頁/共46頁第三十二頁，共47頁。第32頁/共46頁第三十三頁，共47頁。第33頁/共46頁第三十四頁，共47頁。第34頁/共46頁第三十五頁，共47頁。第35頁/共46頁第三十六頁，共47頁。第36頁/共46頁第三十七頁，共47頁。第37頁/共46頁第三十八頁，共47頁。第38頁/共46頁第三十九頁，共47頁。第39頁/共46頁第四十頁，共47頁。第40頁/共46頁第四