透射电子显微镜结构材料分析测试方法ppt课件.ppt

n我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第五章透射电子显微镜结构n 引言n通常人眼能分辨的最小距离约0.2mm，要观察更微小的细节，必须借助于观察 仪器显微镜的发明为人类观察和认识微观世界提供了可能它的基本功能就是将细微物体放大至人眼可以分辨的程度尽管各种显微镜的物理基础可能不同，但基本工作原理是类似的，即照明源照明束样品荧光屏成像放大信息n我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物胡克显微镜现代普通光学显微镜TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n光学显微镜就是利用可见光作为照明源的一种显微镜，极限分辨率为200nm，比人眼的分辨本领提高了约1000倍，但仍难以满足许多微观分析的要求徕卡）Leica DM系列金相显微镜TEM双目倒置金相显微镜n我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物德国蔡司研究级级金相倒置显显微镜镜Axiovert40 MAT n蔡司Axiovert 200 MAT TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n现代科学技术的迅速发展，要求材料科学工作者能够及时提供具有良好力学性能的结构材料及具有各种物理化学性能的功能材料。

而材料的性能往往取决于它的微观结构及成分分布因此，为了研究新的材料或改善传统材料，必须以尽可能高的分辨能力观测和分析材料在制备、加工及使用条件下（包括相变过程中，外加应力及各种环境因素作用下等）微观结构和微区成分的变化，并进而揭示材料成分工艺微观结构性能之间关系的规律，建立和发展材料科学的基本理论TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n1934年Ruska和Knoll在实验实验 室制作第一部穿透式电电子显显微（TEM)1938年，第一部商售电电子显显微镜问镜问 世在1940年代，常用的50至100keV之TEM 其分辨率约约在l0nm左右，而最佳分辨率则则在2至3nm之间间当时时由于研磨试试片的困难难及缺乏应应用的动动机，所以鲜为鲜为 物理科学研究者使用一直到1950年代中期，由于成功地以TEM观观察到不锈钢锈钢 中的位错错及铝铝合金中的小G.P.区，再加上各种研究方法的改进进（制样样技术术、分辨率提高、晶体电电子衍射理论论等），TEM学因此才一日千里，为为自然科学研究者所广泛使用。

n随着电子技术的发展，高分辨电子显微镜的发明将分辨率提高到原子尺度水平（目前最高为0.1nm），同时也将显微镜单一形貌观察功能扩展到集形貌观察、晶体结构分析、成分分析等于一体TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n透射电子显微镜（TEM）是一种能够以原子尺度的分辨能力，同时提供物理分析和化学分析所需全部功能的仪器特别是选区电子衍射技术的应用，使得微区形貌与微区晶体结构分析结合起来，再配以能谱或波谱进行微区成份分析，得到全面的信息Tecnai F30FEI200kV场发射透射电子显微镜型号：JEM-2100F 参考价格：USD 1500000 产地：日本H-7650TEMJEM-3100Fn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物普通光学显微镜与TEM工作原理的比较TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.1光学显微镜的分辨率n 由于衍射效应，一个理想物点经过透镜成像时，在像平面上形成一个具有一定尺寸的中央亮斑和周围明暗相间的圆环构成的Airy斑。

Airy斑的亮度84%集中在中央亮斑上，其余分布在周围暗环上通常以第一暗环半径衡量Airy斑大小TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n点光源通过透镜产生的Airy斑半径R0的表达式为n其中：光波长；n透镜折射率；透镜孔径角；M放大倍数n假设有两物点通过透镜成像后，在像平面上得到两个Airy斑当两个物点由远而近相互靠近时， 其相应Airy斑也相互靠近直至发生重叠TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物两个Airy斑明显可分辨出两个Airy斑刚好可分辨出两个Airy斑分辨不出I0.81ITEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n能够分辨两个Airy斑的判据两个Airy斑的中心距离等于Airy斑的半径此时在强度曲线上，两峰之间谷底的强度降低了19%TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n把两个Airy斑中心距离等于Airy斑半径时物平面上相应两个物点间的距离定义为透镜能分辨的最小间距，即透镜分辨率。

n照明源波长；n透镜折射率；透镜孔径半角n当nsin做到最大（n=1.5,=7075）时， 说明光学显微镜分辨本领主要决定于照明源波长半波长是光学显微镜分辨率的理论极限可见光最短波长为390nm，因此光学显微镜最高分辨率为200nm左右TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n一般，人眼分辨率为0.2mm，光学显微镜使人眼分辨率提高了1000倍，称为有效放大倍数所以光学显微镜放大倍数在1000 1500，再高的放大倍数对提高分辨率没有实际贡献（仅仅是放大图像的轮廓，对图像细节没有作用）n问题：如何再次提高分辨率？n由 知，提高分辨率的关键是降低照明源的波长TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n 5.2 电子波波长n 电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，即电子运动速度v和加速电压间关系为：波长短折射、聚焦成像电子波TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n综合得电子波波长为：n由上式可以看出，电子波波长与加速电压U成反比，U越高，电子运动速度v越大，越短。

n当电子速度较低时，m接近电子静止质量m0；当电子速度较高时，电子质量需要经过相对论校正，即TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n不同加速电压下的电子波波长见表5-1目前TEM常用加速电压在100kV1000kV，电子波波长范围在0.00371nm 0.00087nm比可见光短了约5个数量级n问题：电子波波长很短，按照极限分辨率公式，电子显微镜的分辨率应该比可见光高很多的，但目前电子显微镜的最高分辨率仅为0.1nm，仅比可可见光高出3个数量级，为什么？电磁透镜TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n 5.3 电磁透镜n 电子波经过非均匀电场和磁场时产生会聚和发散，达到成像的目的电子波发生聚焦的装置称为电子透镜，分为两类：静电透镜和磁透镜后者根据所用磁场的不同又可分为恒磁透镜和电磁透镜TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n5.3.1 静电透镜n由两个同轴圆筒电极构成，两电极电位不同，之间形成一系列弧形等电位面，电子束沿圆筒轴线进入圆筒内受电场力作用在等电位面处发生折射并会聚成一点。

nTEM中的电子枪就是一个静电透镜TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n5.3.2 电磁透镜n电磁透镜聚焦成像原理n电磁透镜是采用电磁线圈激励产生磁场的装置电子束在电磁线圈中的运动轨迹是一条圆锥螺旋曲线TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n当电子沿线圈轴线运动时，运动方向与磁感应方向一致不受力，电子以直线运动通过线圈；当电子偏离轴线运动时，受磁场力作用发生偏转，最后聚焦在轴线的一点TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电子进入磁场时，将受到磁场强度径向分量Br作用，产生切向力Ft，使电子得到切向速度vt， vt又与Bz叉乘的到Fr（径向力），使电子向主轴偏转经过透镜后， Br方向改变， Ft反向，但只使vt变小，不会改变方向，因此电子穿过线圈后仍向主轴靠近，最终形成螺旋线状聚焦。

TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n电磁透镜结构n电磁线圈：产生磁力线n软铁壳：提高磁力线密集程度，从而提高磁感应强度，增大对电子折射能力n极靴：使磁场强度有效集中在狭缝几毫米范围内TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物有极靴B（z）没有极靴无铁壳电磁透镜n由图可见，有极靴的电磁透镜，其中心磁感应强度远高于无极靴和纯线圈纯线圈带铁壳带极靴n我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n电磁透镜成像时满足光学透镜成像基本公式，即物距u、像距v和焦距 f 满足下式：n对于电磁透镜，其焦距 f 是可以改变的，f 常用近似公式为：n式中K为常数；Ur是经相对论校正的电子加速电压；IN是线圈的安匝数n改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜焦距且电磁透镜焦距 f 总为正的，表明电磁透镜只有凸透镜，不存在凹透镜。

TEMn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.4电磁透镜的像差及其对分辨率的影响n根据 知，光学透镜其最佳分辨率为波长一半，而对于电磁透镜远远达不到以H-800电镜为例，加速电压为200kV时，理论极限分辨率为0.00125nm，而实际上只有0.45nm电磁透镜分辨率除了受衍射效应影响外，还受到像差影响，降低了透镜的实际分辨率，使其远低于半波长n我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n5.4.1 球差rsn球差由于电磁透镜近轴区域和。