第五章+透射电镜技术及其应用[1]

聚合物研究方法课件

透射电镜技术及其应用

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目录 绪论 透射电镜的结构与应用 透射电镜的成像原理 透射电子显微分析样品制备

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绪论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。改炒菜式为合金 设计。

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透射电子显微镜(TEM)正是这样一种能够以原子 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。

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1938年，德国工程师 Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界 上第一台透射电子显 微镜(TEM)。Max Knoll(1897-1969) Ernst Ruska(1906-1988)

电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9nm)。可以用来 观察很多在可见光下看不见的物体,例如病毒。

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TEM简介：

透射电子显微镜(简称透射电镜，TEM),可以以几种不 同的形式出现，如：高分辨电镜(HRTEM) 透射扫描电镜(STEM) 分析型电镜(AEM)等等。

入射电子束(照明束)也有两种主要形式：平行束：透射电镜成像及衍射 会聚束：扫描透射电镜成像、微分析及微衍射。

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TEM的主要发展方向：(1) 高电压：增加电子穿透试样 的能力，可观察较厚、较具代 表性的试样，现场观察(in-situ observalion) 辐射损伤; 减少波长 散布像差(chromatic aberration) ; 增 加分辨率等，目前已有数部 2-3 MeV 的TEM在使用中。左 图为200 keV TEM之外形图。

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(2)高分辨率：最佳解像能力为点与点间0.18 nm 、线与线间0.14nm。美国於1983年成立国家电子显 微镜中心，其中1000 keV之原子分辨电子显微镜 (atomic resolution electron microscope, AREM) 其点与点间之分辨率达0. 17nm,可直接观 察晶体中的原子。

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(3) 多功能分析装置：如附加电子能量分析仪 (electron analyzer,EA) 可监定微区域的化学 组成。 (4) 场发射电子光源: 具高亮度及契合性，电子束 可小至1 nm。除适用於微区域成份分析外，更有 潜力发展三度空间全像术(holography)。

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透射电镜的结构我们这里先看一看一些电镜的外观图片，再就透射电镜的结 构原理做一简单介绍。

JEM-2010透射电镜加速电压200KV LaB6灯

丝 点分辨率 1.94Å

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EM420透射电子显微镜加速电压20KV、40KV、60KV、 80KV、100KV、120KV 晶格分辨率 2.04Å 点分辨率 3.4Å 最小电子束直径约2nm 倾转角度α=±60度 β=±30度

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Philips CM12透射电镜加速电压20KV、40KV、60KV、 80KV 、100KV、120KV LaB6或W灯丝 晶格分辨率 2.04Å 点分辨率 3.4Å 最小电子束直径约2nm; 倾转角度α=±20度 β=±25度

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CEISS902电镜加速电压50KV、80KV W灯丝 顶插式样品台 能量分辨率1.5ev 倾转角度α=±60度 转动4000

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右图为透射电子显 微镜光路原理图 ：

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透射电镜一般是由电子光学部分、真空系 统和供电系统三大部分组成。 1.电子光学部分 整个电子光学部分完全置于镜筒之内， 自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样 品室、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、 荧光屏、照相机构等装置。根据这些装置 的功能不同又可将电子光学部分分为照明 系统、样品室、成像系统及图像观察和记 录系统。

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照明 系统 样品室 成像 系统 观察 和记 录系 统