透射电子显微镜的发展与应用.ppt

透射电子显微镜的发展与应用 • 1878 年，Abbe 指出光学显微镜分辨本领 受到光波衍射的限制，给出了表示光学显 微镜分辨本领极限的公式 • 1897 年，J.J. Thomson 证实了电子的存在 ，1924 年，德布罗意提出微观粒子的波粒 二重性原理，计算表明电子波长比可见光 波短得多， • 从而为电子显微镜能够获得更高的分辨本 领提供了理论依据 • 1926 年，Busch 建立了几何电子光学理论 正是由于有了物理学和电子光学的这些 最基本的理论和发现. • 才导致M. Knoll 和 E. Ruska 于 1932 年发 明了第一台电子显微镜透射电镜的问世 是二十世纪最重大的发明之一长期以来 ，透射电镜（TEM）被广泛地应用到现代 科学技术各领域，特别是应用在材料的微 观结构特征的观察分析中 • 经过七十多年的发展，今天的透射电镜已 是具有高达百万倍放大倍率，0.1—0.2nm 分辨本领而且还能对几个纳米的微小区域 进行化学分析和晶体结构分析的高放大率 、高分辨率的电子光学仪器它已成为全 面揭示物质微观特征（晶体结构、形貌、 化学成分等）的综合性仪器，是现代固体 科学（包括固体物理、固体化学、固体电 子学、材料科学、地质矿物、晶体学等学 科）研究工作中必不可少的手段。

二、国外透射电镜的发展状况• 欧洲对电子显微镜的研究一直居于世界的前列，其有关透 射电镜的研究动态常见报道随着计算机科学和图像摄取 技术的发展和进步，出现了越来越多的数字化透射电镜， 其分辨率得到了很大的提高 • 飞利浦公司推出的新一代透射电镜分辨率达到0.15nm， 该电镜的图像摄取、处理和分析系统分成三个层次，能够 适用于不同层次的使用者： • Basic user 模块是最基础的用户界面，相关专业人员可以 依靠系统的导航模板完成试验； • Expert 模块为有一定电镜操作技术基础的人员设置； • Administrator 模块提供给管理人员超级用户权限，可对操 作者被允许使用的功能和权限进行设置、修改等• 日本在电子显微镜研究方面也一直投入了大量的 人力财力，日立(HITACHI)、日本电子株式会社 (JEOL)等大公司推出的电镜属世界先进行列 • 例如，日本电子的200KV 场发射透射电镜 JEM- 2010F 不仅可实现超高分辨率图像的观察，同时 ，还可以得到纳米尺度的结构、成分等信息日 立公司的 H-7600 透射电镜数字图像处理系统不 仅可以将 TEM 图像转换成“网上兼容”格式的图像 ，并利用数字化 TEM 系统实现了图像自动聚焦 ，而且该系统能方便而有效地进行诸如视场选择 、聚焦、图像记录、图像数据输出到监视器等一 系列的操作。

当今透射电镜• 新一代电镜普遍利用计算机和图像处理分析技术 ，实现了电镜数字化及其图像的自动处理分析 • 传统透射电镜采用电镜专用的电子感光底板曝光 成像，其照片结果要经过冲洗、印像，不仅耗费 大量照相材料，须经一整套繁琐的暗室操作，而 且更麻烦的是当最终照片不理想时，一切得从头 开始，但往往很难再找到原来理想的微观视场 随着电镜仪器的老化，干扰因素的增多，这种少 慢差费、劳民伤财的状况越来越严重• 电子显微镜的放大倍数高，成像系统中的 噪声也会被放大，因而会引起图像质量的 下降透射电镜对试样的要求高，首先要 求试样很薄以便于电子束通过，粉末试样 要以炭膜为支持膜，当粉末在炭膜上分散 不均匀时，会导致图像背底噪声，图像变 得模糊另外，电子枪发射出来的电子， 加速后到达试样的不一致性会引起电子噪 声• 电子显微镜物镜的焦距若调节不当，所得 到的图像就不能完全反映其真实图像，原 像中有些细节可能是假像，有些细节可能 完全丢失，这称为过滤效应再者，任何 一张电子显微镜的图像都是二维的平面像 ，任何一个三维物体的复杂结构需要通过 若干张二维图像才能得到，这就需要用图 像处理的技术来解决三、我国透射电镜发展状况• 我国在透射电镜的研制方面力量薄弱，至今尚未 有商品化的国产透射电子显微镜。

• 我国各科研院所和大专院校的现有电镜设备，基 本上是直接购买国外先进的电镜或者在原有电镜 的基础上改造升级清华大学材料工程学院所购 日本电子的 JEM-2010F 和JEM-200CX 实现了图 像的实时采集和数字化，具有良好的图像质量， 但价格昂贵，每套图像处理系统报价在 6-8 万美 元• 北京有色金属研究院在其原有透射电镜 JEM-120F 的基础上改造了电镜的结构，使 其能够实时采集图像并转换成数字图像 北京化工大学的微观分析所也装配了这套 系统据实地考察，该数字图像采集与处 理分析系统获取的图像背景粗糙、放大倍 数超过二十万倍时 CCD 灵敏度不够、图像 的亮度偏低，且基本上没有后续的图像处 理软件• 国外的透射电镜价格居高不下，而且使用 的耗材价格昂贵；国内对透射电镜的数字 化改造已取得一定的成绩和经验，但其完 成的系统图像质量不佳、分析处理功能简 单、图像的分析标定功能基本没有纵观 国内外对透射电镜的研究和使用情况，可 以得出以下结论： • (1) 对现有设备进行数字化改造的基本条件 已经具备(包括高分辨率 CCD 摄像机、高 性能计算机和较为成熟的图像处理技术等) 。

• (2) 我国现有八十年代购买的国外电镜数百 台，如能通过配置数字图像接收处理系统 使其基本能够完成透射电镜图像的数字化 和处理分析，达到透射电镜升级改造的目 的，将可以较少的投入，产生较大的社会 经济效益。