透射电镜TEM的基本原理!


发布时间:2020-05-13 17:33 浏览量 256 views
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透射电镜的基本原理如下:

(一)分辨本领与放大倍数分辨本领是指能够分辨物体上两点之间的最小距离。光学显微镜的分辨极限为O.2μm而电镜的分辨本领可优于2Å,相差达1000倍,因为影响光镜提高分辨本领的主要因素是由于光线的衍射作用。

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光学显微镜的分辨本领由阿贝公式决定。式中d为分辨本领,入为照明波波长,n为物体与物镜之间介质的折射率,为物体上的点与物镜所成夹角的一半。

普通光学显微镜用油浸镜头时n=1.5,0<90。即sina<1,用可见光作照明源时,其平均波长约为5000A,那的分本领约为2000A。这说明光学显微镜只能分辨大于2000A的结构。要提高分辨本领,必须采用波长短的照明源。电子显微镜的照明源波长约为0.05 Å,目前最好的电镜分辨本领已达1.4 Å,比光学显微镜提高了1000多倍。

放大倍数是指物体经过仪器放大后的像与物的大小之比。不能增加图像细节的放大倍数称为空放大,而与分辨本领相应的最高放大倍数称为有效放大倍数,为眼的分辨本领与仪器的分辨本领之比。目前商品电镜的分辨本领可达2 Å,其有效放大倍数为:

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即100万倍。这个倍数可以从电镜上直接得到,也可在摄制20万倍的底片后再以光学放大5倍来获得。因此,标示电镜性能的主要指标是分辨本领而不是放大倍数。

(二)电子束的产生电子束是电镜的照明介质。目前大多数电镜的电子束是由热阴极、控制极和阳极构成的三极式电子枪产生,其示意图

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阴极又称为灯丝(包括钨丝、六铍化镧等),通常用钨丝制成,通电加热后灯丝内的自由电子热运动增加并逸出表面,在加速电压作用下,阳极相对阴极形成正电场,逸出阴极的电子在正电场力作用下高速飞向阳极,中心部分的电子因惯性而穿过阳极孔成为照明电子束. 点击这里下载18款科研必备软件. 控制极靠近阴极表面,相对阴极加上数百伏的负电位,调节电位高低可以控制阴极发射电子的数目,亦即调节了电子束的强弱。钨阴极在使用时,由于金属蒸发和电子枪内残余气体的侵蚀,寿命一般为几十小时。

(三)电子透镜及其作用运行中的电子束只有在通过电场或磁场时才能改变其运动轨迹。

轴对称的电场或磁场可以使电子束聚焦,故称为电子透镜,而者叫静电透镜,后者叫磁透镜。

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一束电子的螺旋形轨迹是相似的。为便于理解可设想将其外周包络起来而不考虑其有否旋转,则包络线的形状基本上和光学玻璃会聚透镜的光路相似。

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现代的电磁透镜是在线圈外面套上铁壳作磁路,并在铁壳中心置有极靴( pole piece),使线圈通电后产生的磁场高度集中而又均匀地分布在极靴中电磁透镜的焦距决定于磁场强度,磁场强度决定于通过线圈的电流强度. 点击这里下载18款科研必备软件.因此,可以调节激励电流来改变磁场强度,从而达到改变放大倍数和进行图像调焦的目的。由于电磁透镜像差小,调节容易,因此为现代电镜所普遍采用。但有些电子透镜不必改变焦距,可采用磁钢制造形成永久磁场,即为永磁透镜。

电子透镜的缺陷:球差一一球差是由于电子透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。结果在象平面成了一个满散圆斑。

象散一磁场不对称时,就出现象差。有的方向电子束的折射比别的方向强,这样,圆形物点的象就变成了椭圆形的漫散圆斑。

色差--电子的能量不同,从而波长不一造成的,电子透镜的焦距随着电子能量而改变,因此,能量不同的电子束将沿不同的轨迹运动。产生的漫散圆斑还原到物平面。

结构特征:

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(四)反差与成像反差就是像与背景在亮度上的差别。在电镜中,当电子束中的电子碰到样品中的原子核时,电子轨道将偏斜一个角度,这种相互作用的过程称为弹性散射. 点击这里下载18款科研必备软件.弹性散射的强度与样品元素的原子序数成正比,原子序数愈高,对入射电子的散射能力就愈大。
在物镜的后焦面上装一接地的光阑,散射角度大的电子被光阑截获而除去仅让透射电子和散射角小的电子穿过光阑孔参与成像,从而形成反差。这个光阑孔越小(通常为20~30μm)。被截除的散射电子便越多,像的反差也就越好。

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