透射電子顯微鏡儀器分析PPT

1、關(guān)于透射電子顯微鏡儀器分析第一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月透射電子顯微鏡 透射電子顯微鏡是利用電子的波動(dòng)性來(lái)觀(guān)察固體材料內(nèi)部的各種缺陷和直接觀(guān)察原子結(jié)構(gòu)的儀器。盡管復(fù)雜得多，它在原理上基本模擬了光學(xué)顯微鏡的光路設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單化的可將其看成放大倍率高得多的成像儀器。一般光學(xué)顯微鏡放大倍數(shù)在數(shù)十倍到數(shù)百倍，特殊可到數(shù)千倍。而透射電鏡的放大倍數(shù)在數(shù)千倍至一百萬(wàn)倍之間，有些甚至可達(dá)數(shù)百萬(wàn)倍或千萬(wàn)倍。第二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 目前，風(fēng)行于世界的大型電鏡，分辨本領(lǐng)為23 埃，電壓為100500kV，放大倍數(shù)501200000倍。由于材料研究強(qiáng)調(diào)綜合分析，電鏡逐漸增加了一些其

2、它專(zhuān)門(mén)儀器附件，如掃描電鏡、掃描透射電鏡、X射線(xiàn)能譜儀、電子能損分析等有關(guān)附件，使其成為微觀(guān)形貌觀(guān)察、晶體結(jié)構(gòu)分析和成分分析的綜合性?xún)x器，即分析電鏡。它們能同時(shí)提供試樣的有關(guān)附加信息。 高分辨電鏡的設(shè)計(jì)分為兩類(lèi)：一是為生物工作者設(shè)計(jì)的，具有最佳分辨本領(lǐng)而沒(méi)有附件；二是為材料科學(xué)工作者設(shè)計(jì)的，有附件而損失一些分辨能力。另外，也有些設(shè)計(jì)，在高分辨時(shí)采取短焦距，低分辨時(shí)采取長(zhǎng)焦距。電鏡的主要結(jié)構(gòu)第三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月高分辨分析透射電子顯微鏡 JEM200CX第四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月高分辨分析透射電子顯微鏡JEM2010第五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于20

3、22年6月第六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 透射電鏡主要結(jié)構(gòu)電鏡的基本組成包括電子槍?zhuān)ü庠矗┡c加速級(jí)管、聚光系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、放大系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)。光路上主要由各種磁透鏡和光闌組成. 1照明系統(tǒng)2成像放大系統(tǒng) 1）物鏡 2）光闌 3）中間鏡、投影鏡 M總M物M中M投 3顯象記錄系統(tǒng)第十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月透射電鏡組成示意圖第十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光學(xué)顯微鏡和電鏡路圖比較第十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于

4、2022年6月光源中間象物鏡試樣聚光鏡目鏡毛玻璃電子鏡聚光鏡試樣物鏡中間象投影鏡觀(guān)察屏照相底板照相底板第十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1 . 電子光學(xué)系統(tǒng) 上圖是近代大型電子顯微鏡的剖面示意圖，從結(jié)構(gòu)上看，和光學(xué)透鏡非常類(lèi)似。 1）照明部分 （1）陰極：又稱(chēng)燈絲，一般是由0.030.1毫米的鎢絲作成V或Y形狀。 （2）陽(yáng)極：加速?gòu)年帢O發(fā)射出的電子。為了安全，一般都是陽(yáng)極接地，陰極帶有負(fù)高壓。 （3）控制極：會(huì)聚電子束；控制電子束電流大小，調(diào)節(jié)象的亮度。 陰極、陽(yáng)極和控制極決定著電子發(fā)射的數(shù)目及其動(dòng)能，因此，人們習(xí)慣上把它們通稱(chēng)為“

5、電子槍”。 透射電鏡一般是電子光學(xué)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和供電系統(tǒng)三大部分組成。第十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（4）聚光鏡：由于電子之間的斥力和陽(yáng)極小孔的發(fā)散作用，電子束穿過(guò)陽(yáng)極小孔后，又逐漸變粗，射到試樣上仍然過(guò)大。聚光鏡就是為克服這種缺陷加入的，它有增強(qiáng)電子束密度和再一次將發(fā)散的電子會(huì)聚起來(lái)的作用。第十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月陰極（接負(fù)高壓）控制極（比陰極負(fù)1001000伏）陽(yáng)極電子束聚光鏡試樣照明部分示意圖第十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電子槍 電子槍的類(lèi)型有熱發(fā)射和場(chǎng)發(fā)射兩種，大多用鎢和六硼化鑭材料。一般電子槍的發(fā)射原理與普通照明用白炙燈的

6、發(fā)光原理基本相同，即通過(guò)加熱來(lái)使整個(gè)槍體來(lái)發(fā)射電子。電子槍的發(fā)射體使用的材料有鎢和六硼化鑭兩種。前者比較便宜并對(duì)真空要求較低，后者發(fā)射效率要高很多，其電流強(qiáng)度大約比前者高一個(gè)量級(jí)。第十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熱發(fā)射的和場(chǎng)發(fā)射的電子槍 熱發(fā)射的電子槍其主要缺點(diǎn)是槍體的發(fā)射表面比較大并且發(fā)射電流難以控制。近來(lái)越來(lái)越被廣泛使用的場(chǎng)發(fā)射型電子槍則沒(méi)有這一問(wèn)題。如圖所示，場(chǎng)發(fā)射槍的電子發(fā)射是通過(guò)外加電場(chǎng)將電子從槍尖拉出來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于越尖銳處槍體的電子脫出能力越大，因此只有槍尖部位才能發(fā)射電子。這樣就在很大程度上縮小了發(fā)射表面。通過(guò)調(diào)節(jié)外加電壓可控制發(fā)射電流和發(fā)射表面。第十九張，PPT

7、共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月場(chǎng)發(fā)射電子槍及原理示意圖第二十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月這部分有試樣室、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，它的主要作用是通過(guò)試樣臺(tái)承載試樣，移動(dòng)試樣。 （2）物鏡：電鏡的最關(guān)鍵的部分，其作用是將來(lái)自試樣不同點(diǎn)同方向同相位的彈性散射束會(huì)聚于其后焦面上，構(gòu)成含有試樣結(jié)構(gòu)信息的散射花樣或衍射花樣；將來(lái)自試樣同一點(diǎn)的不同方向的彈性散射束會(huì)聚于其象平面上，構(gòu)成與試樣組織相對(duì)應(yīng)的顯微象。投射電鏡的好壞，很大程度上取決于物鏡的好壞。 2）成象放大部分第二十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 物鏡的最短焦距可達(dá)1毫米，

8、放大倍數(shù)約為300倍，最佳分辨本領(lǐng)可達(dá)1埃，目前，實(shí)際的分辨本領(lǐng)為2埃。 為了減小物鏡的球差和提高象的襯度，在物鏡極靴進(jìn)口表面和物鏡后焦面上還各放一個(gè)光闌，物鏡光闌（防止物鏡污染）和襯度光闌（提高襯度） 在分析電鏡中，使用的皆為雙物鏡加輔助透鏡，試樣置于上下物鏡之間，上物鏡起強(qiáng)聚光作用，下物鏡起成象放大作用，輔助透鏡是為了進(jìn)一步改善場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性而加入的。第二十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 近代高性能電鏡一般都設(shè)有兩個(gè)中間鏡，兩個(gè)投影鏡。 三級(jí)放大成象和極低放大成象示意圖如下所示。第二十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（a）高放大率（b）衍射（c）低放大率物物鏡衍射譜一次

9、象中間鏡二次象投影鏡 三次象（熒光屏）選區(qū)光闌第二十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月物鏡關(guān)閉無(wú)光闌 中間鏡（作物鏡用）投影鏡第一實(shí)象（熒光屏）普查象極低放大率象第二十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月這部分由觀(guān)察室和照相機(jī)構(gòu)組成。在分析電鏡中，還有探測(cè)器和電子能量分析附件。3）顯象部分第二十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月掃描發(fā)生儀顯象管和X-Y記錄儀數(shù)據(jù)處理放大器電子束掃描線(xiàn)圈入射光闌電子能量分析儀能量選擇光闌探測(cè)器圖1-14 掃描電子衍射和電子能譜分析附件示意圖第二十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 為了保證真在整個(gè)通道中只與試樣發(fā)生相互作用，

10、而不與空氣分子發(fā)生碰撞，因此，整個(gè)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(nèi)，一般真空度為 10-410-7 毫米汞柱。2 . 真空系統(tǒng)作用第二十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 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(gè)極為重要的標(biāo)志。所以，對(duì)供電系統(tǒng)的主要要求是產(chǎn)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(dòng)操作程序控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。3 . 供電系統(tǒng)第二十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月磁透鏡第三十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第

11、三十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 透射電子顯微鏡成象原理光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡均只能觀(guān)察物質(zhì)表面的微觀(guān)形貌，它無(wú)法獲得物質(zhì)內(nèi)部的信息。而透射電鏡由于入射電子透射試樣后，將與試樣內(nèi)部原子發(fā)生相互作用，從而改變其能量及運(yùn)動(dòng)方向。顯然，不同結(jié)構(gòu)有不同的相互作用。這樣，就可以根據(jù)透射電子圖象所獲得的信息來(lái)了解試樣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。由于試樣結(jié)構(gòu)和相互作用的復(fù)雜性，因此所獲得的圖象也很復(fù)雜。它不象表面形貌那樣直觀(guān)、易懂。第三十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月透射電鏡電子圖象形成原理1散射襯度象 單個(gè)原子對(duì)入射電子的散射： 彈性散射、非彈性散射 散射襯度象成原理 I/I0e-N/A

12、t 散射襯度象：樣品特征通過(guò)對(duì)電子散射能力的不同形成的明暗差別象。 2衍射襯度象 3相位襯度象第三十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電子的散射與衍射 當(dāng)從電子槍發(fā)射的一束電子沿一定入射方向進(jìn)入物質(zhì)內(nèi)部后，由于與物質(zhì)的相互作用，使電子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，這一過(guò)程稱(chēng)為物質(zhì)對(duì)電子的散射。在散射過(guò)程中，如果入射電子只改變運(yùn)動(dòng)方向，而不發(fā)生能量變化，稱(chēng)為彈性散射。如果被散射的入射電子不但發(fā)生運(yùn)動(dòng)方向的變化，同時(shí)還損失能量，則稱(chēng)為非彈性散射。 第三十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月由于晶體內(nèi)部原子的規(guī)則排列，使得在某些方向可以觀(guān)察到很強(qiáng)的衍射電子束，其他方向則無(wú)衍射電子出現(xiàn)。晶體對(duì)

13、電子束產(chǎn)生的衍射過(guò)程都是彈性散射。 第三十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原子對(duì)電子的散射 +Rn -Re(a)(b)帶負(fù)電荷的電子進(jìn)入物質(zhì)時(shí)受到帶正電荷的原子核吸引而發(fā)生向內(nèi)偏轉(zhuǎn)。受核外電子的庫(kù)倫排斥力作用發(fā)生向外偏轉(zhuǎn)，稱(chēng)為盧瑟福散射。 第三十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月由于電子的質(zhì)量與原子核相比是一個(gè)可以忽略的小量，在電子與原子核碰撞過(guò)程中原子核可以認(rèn)為是固定不動(dòng)的，原子核對(duì)電子的吸引力滿(mǎn)足距離平方反比定律。如果原子的原子序數(shù)為Z,核電荷Ze，電子的電荷-e，勢(shì)能為 散射角的大小由入射電子與核的距離Rn決定。在半徑為Rn的散射截面內(nèi)，電子的散射角大于,有關(guān)系式

14、第三十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月很小時(shí)， 利用核外電子對(duì)入射電子的散射則為 核外電子對(duì)入射電子的散射主要是非彈性的，每次散射的能量損失一般只有幾個(gè)電子伏特，入射電子束方向的改變也不大。 簡(jiǎn)化得第三十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原子核對(duì)電子的散射可分為彈性和非彈性?xún)深?lèi)，其中彈性散射是電子衍射的基礎(chǔ)。 非彈性散射與彈性散射的比值由原子序數(shù)Z決定，即電子在物質(zhì)中的非彈性散射部分僅為彈性部分的1/Z，這是因?yàn)樵雍藘?nèi)電荷集中，具有較大的散射能力。原子序數(shù)愈大的原子，非彈性散射的比列愈小。 第三十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)

15、作于2022年6月第四十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3 透射電鏡樣品制備 1陶瓷原料樣品 支持膜 塑料支持膜 塑料碳支持膜 碳支持膜 粉末樣品的分散方法 超聲波振蕩法、噴霧法、懸浮液法。 第四十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2陶瓷制品 復(fù)型 (1) 一級(jí)復(fù)型 (2) 二級(jí)復(fù)型 （3）襯度的提高 超薄切片與直接薄膜樣品 萃取復(fù)型第四十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于202

16、2年6月第四十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析電子衍射與X射線(xiàn)衍射的基本原理上完全一樣的，兩種技術(shù)所得到的晶體衍射花樣在幾何特征上也大致相似，電子衍射與射線(xiàn)衍射相比的突出特點(diǎn)為： 在同一試樣上把物相的形貌觀(guān)察與結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來(lái)； 物質(zhì)對(duì)電子的散射更強(qiáng)，約為X射線(xiàn)的一百萬(wàn)倍，特別適用于微晶、表面和薄膜的晶體結(jié)構(gòu)的研究，且衍射強(qiáng)度大，所需時(shí)間短，只需幾秒鐘。第四十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1電子衍射基本公式 Rd=L =K 2有效相機(jī)常數(shù)K的標(biāo)定 3單晶衍射花樣的分析第五十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月典型電子衍射圖（a）非晶（b）

17、單晶（c）多晶（d）會(huì)聚束第五十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié) TEM的典型應(yīng)用及其它功能簡(jiǎn)介一、TEM的典型應(yīng)用1.形貌觀(guān)察 晶粒(顆粒)形狀，形態(tài)，大小，分布等2.晶體缺陷分析 線(xiàn)缺陷：位錯(cuò)（刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)） 面缺陷：層錯(cuò) 體缺陷：包裹體 表面、界面（晶界、粒界）等3.組織觀(guān)察 晶粒分布、相互之間的關(guān)系，雜質(zhì)相的分布、與主晶相的關(guān)系等4.晶體結(jié)構(gòu)分析、物相鑒定（電子衍射）5.晶體取向分析（電子衍射）第五十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月高嶺石蒙脫石纖蛇紋石葉蛇紋石第五十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月偏離參量s對(duì)位錯(cuò)線(xiàn)像寬的影響（a）明場(chǎng)像，

18、s0；（b）明場(chǎng)像，s略大于零；（c）g/3g弱束暗場(chǎng)像第五十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月傾斜于樣品膜的位錯(cuò)（a）鋸齒形位錯(cuò)線(xiàn)像，偏離參量s0 （b）略增大偏離參量后的位錯(cuò)線(xiàn)像第五十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月位錯(cuò)Burgers矢量的測(cè)定（a）近似似相互垂直排列的位錯(cuò)構(gòu)成的位錯(cuò)網(wǎng)，明場(chǎng)像（b） ，暗場(chǎng)像 （c） ，暗場(chǎng)像（d） ，暗場(chǎng)像 （e） ，暗場(chǎng)像第五十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月不銹鋼中的網(wǎng)形位錯(cuò)長(zhǎng)石中的位錯(cuò)第五十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(a)層錯(cuò)面位置及襯度示意圖(b)層錯(cuò)明場(chǎng)像(BF)及暗場(chǎng)像(DF)層錯(cuò)的襯度特征

19、第五十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月晶粒（1）與周?chē)?個(gè)晶粒（2、3、4、5）間晶粒邊界的衍襯像 第五十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第六十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月NiAl（7）合金中的析出相（a）明場(chǎng)像，g=220 （b）中心暗場(chǎng)像，g=110（c）SADP（選區(qū)衍射譜），B/ （c）SADP，B/010 （c）SADP，B/010第六十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、 TEM的其它功能簡(jiǎn)介原位觀(guān)察，會(huì)聚束衍射分析，高分辨電子顯微術(shù)。1原位觀(guān)察 利用相應(yīng)的樣品臺(tái)，在TEM中可進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)(in situ experiments)。

20、 如：利用加熱臺(tái)加熱樣品觀(guān)察其相變過(guò)程 利用應(yīng)變臺(tái)拉伸樣品觀(guān)察其形變和斷裂過(guò)程第六十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月250加熱時(shí)Ge/Ag/Ge層反應(yīng)前端的高分辨原位觀(guān)察（a）（d）每?jī)煞掌g的時(shí)間間隔為8s第六十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在透射電鏡電子束照射下，ZrO2（2Y）陶瓷m片在t晶粒中的形核和長(zhǎng)大過(guò)程的原位觀(guān)察相對(duì)于照片（a）各照片對(duì)應(yīng)的電子束照射時(shí)間分別為：（a）t=0s；（b）t=10s；（c）t=60s；（d）t=140s；（e）t=350s；（f）t=1200s第六十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TiAl合金相中孿生過(guò)程的原位拉

21、伸觀(guān)察從（a）到（b）到（c）應(yīng)變量逐漸增大第六十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2會(huì)聚束衍射分析會(huì)聚束電子衍射(CBED)是電子顯微鏡中最早實(shí)現(xiàn)的電子衍射方式(Kossel和Mollenstedt，1939)，遠(yuǎn)早于前面所講的選區(qū)電子衍射(Lepoole，1947)。但是，由于儀器方面的原因，在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)這一技術(shù)未得到應(yīng)有的發(fā)展。選區(qū)電子衍射有兩個(gè)嚴(yán)重的局限性：由于選區(qū)誤差，當(dāng)所選區(qū)域直徑0.5m時(shí)，對(duì)所得衍射譜的分析必須非常謹(jǐn)慎，衍射花樣可能包含了選區(qū)以外的物質(zhì)的信息，即難以實(shí)現(xiàn)甚至不能實(shí)現(xiàn)對(duì)小尺度晶體結(jié)構(gòu)特征的分析；由于薄樣品使布拉格條件放寬，選區(qū)衍射譜僅給出很不精確的二維晶體學(xué)信息。會(huì)聚束電子衍射技術(shù)克服了以上兩個(gè)局限性，在許多方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如測(cè)定樣品薄膜厚度、微區(qū)的