材料分析測(cè)試技術(shù)chapter5透射電鏡的結(jié)構(gòu)-資料下載頁(yè)
2025-04-13 22:35本頁(yè)面
【正文】 中心位于電子束的軸線上 （ 光闌中心和主焦點(diǎn)重合 ） 。 ? 聚光鏡光闌的作用是限制照明孔徑角 。 在雙聚光鏡系統(tǒng)中 ， 安裝在第二聚光鏡下方的焦點(diǎn)位置 。光闌孔的直徑為 20～ 400μm作一般分析觀察時(shí) ，聚光鏡的光闌孔徑可用 200～ 300μm， 若作微束分析時(shí) ， 則應(yīng)采用小孔徑光闌 。 （二）物鏡光闌 ? 物鏡光闌又稱為襯度光闌， 通常它被放在物鏡的后焦面上。 ? 常用物鏡光闌孔的直徑是 20～ 120μm 范圍。 ? 電子束通過(guò)薄膜樣品后產(chǎn)生散射和衍射。散射角 (或衍射角 )較大的電子被光闌擋住，不能繼續(xù)進(jìn)入鏡筒成像，從而就會(huì)在像平面上形成具有一定襯度的圖像。光闌孔越小，被擋去的電子越多，圖像的襯度就越大， 這就是物鏡光闌又叫做襯度光闌的原因。 加入物鏡光闌使物鏡孔徑角減小，能減小像差，得到質(zhì)量較高的顯微圖像。 ? 物鏡光闌的另一個(gè)主要作用是在后焦面上套取衍射束的斑點(diǎn)（即副焦點(diǎn)）成像，這就是所謂暗場(chǎng)像。 利用明暗場(chǎng)顯微照片的對(duì)照分析，可以方便地進(jìn)行物相鑒定和缺陷分析。 （三）選區(qū)光闌 ? 選區(qū)光闌又稱場(chǎng)限光闌或視場(chǎng)光闌。 ? 為了分析樣品上的一個(gè)微小區(qū)域，應(yīng)該在樣品上放一個(gè)光闌，使電子束只能通過(guò)光闌限定的微區(qū)。 ? 對(duì)這個(gè)微區(qū)進(jìn)行衍射分析叫做選區(qū)衍射。由于樣品上待分析的微區(qū)很小，一般是微米數(shù)量級(jí)。制作這樣大小的光闌孔在技術(shù)上還有一定的困難，加之小光闌孔極易污染，因此， 選區(qū)光闌都放在物鏡的像平面位置。 這樣布置達(dá)到的效果與光闌放在樣品平面處是完全一樣的。但光闌孔的直徑就可以做的比較大。如果物鏡的放大倍數(shù)是 50倍，則一個(gè)直徑等于 50μm 的光闌就可以選擇樣品上直徑為 1μm 的區(qū)域。 ? 選區(qū)光闌同樣是用無(wú)磁性金屬材料制成的，一般選區(qū)光闌孔的直徑位于 20～ 400μm 范圍之間，它可制成大小不同的四孔一組或六孔一組的光闌片，由光闌支架分檔推入鏡筒。 透射電鏡的功能及發(fā)展 ? 從 1934年第一臺(tái)透射電子顯微鏡誕生以來(lái)，70年的時(shí)間里它得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。這些發(fā)展主要集中在三個(gè)方面。 ? 一是透射電子顯微鏡的功能的擴(kuò)展； ? 另一個(gè)是分辨率的不斷提高； ? 第三是將計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)應(yīng)用于控制系統(tǒng)、觀察與記錄系統(tǒng)等。 功能的擴(kuò)展 ? 早期的透射電子顯微鏡功能主要是觀察樣品形貌，后來(lái)發(fā)展到可以通過(guò)電子衍射原位分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)。具有能將形貌和晶體結(jié)構(gòu)原位觀察的兩個(gè)功能是其它結(jié)構(gòu)分析儀器（如光鏡和 X射線衍射儀）所不具備的。 ? 透射電子顯微鏡增加附件后，其功能可以從原來(lái)的樣品內(nèi)部組織形貌觀察（ TEM）、原位的電子衍射分析（ Diff），發(fā)展到還可以進(jìn)行原位的成分分析（能譜儀 EDS、特征能量損失譜 EELS）、表面形貌觀察（二次電子像 SED、背散射電子像 BED）和透射掃描像（ STEM）。 功能的擴(kuò)展 ? 結(jié)合樣品臺(tái)設(shè)計(jì)成高溫臺(tái)、低溫臺(tái)和拉伸臺(tái)，透射電子顯微鏡還可以在加熱狀態(tài)、低溫冷卻狀態(tài)和拉伸狀態(tài)下觀察樣品動(dòng)態(tài)的組織結(jié)構(gòu)、成分的變化，使得透射電子顯微鏡的功能進(jìn)一步的拓寬。 ? 透射電子顯微鏡功能的拓寬意味著一臺(tái)儀器在不更換樣品的情況下可以進(jìn)行多種分析，尤其是可以針對(duì)同一微區(qū)位置進(jìn)行形貌、晶體結(jié)構(gòu)、成分（價(jià)態(tài)）的全面分析。 分析型透射電子顯微鏡 ? 利用電子束與固體樣品相互作用產(chǎn)生的物理信號(hào)開(kāi)發(fā)的多種分析附件，大大拓展了透射電子顯微鏡的功能。由此產(chǎn)生了透射電子顯微鏡的一個(gè)分支 —— 分析型透射電子顯微鏡。 分析型透射電子顯微鏡 分析型透射電子顯微鏡 超高壓電鏡 高分辨透射電子顯微鏡 ? 透射電子顯微鏡發(fā)展的另一個(gè)表現(xiàn)是分辨率的不斷提高。目前 200KV透射電子顯微鏡的分辨率好于， 1000KV透射電子顯微鏡的分辨率達(dá)到。 ? 透射電子顯微鏡分辨率的提高取決于電磁透鏡的制造水平不斷提高，球差系數(shù)逐漸下降；透射電子顯微鏡的加速電壓不斷提高，從 80KV、 100KV、120KV、 200KV、 300KV直到 1000KV以上；為了獲得高亮度且相干性好的照明源，電子槍由早期的發(fā)夾式鎢燈絲，發(fā)展到 LaB6單晶燈絲，現(xiàn)在又開(kāi)發(fā)出場(chǎng)發(fā)射電子槍。 高分辨透射電子顯微鏡 ? 提高透射電子顯微鏡分辨率的關(guān)鍵在于物鏡制造和上下極靴之間的間隙，舍棄各種分析附件可以使透射電子顯微鏡的分辨率進(jìn)一步提高，由此產(chǎn)生了透射電子顯微鏡的另一個(gè)分支 —— 高分辨透射電子顯微鏡（ HREM）。 ? 但是近年來(lái)隨著電子顯微鏡制造技術(shù)的提高，高分辨透射電子顯微鏡也在增加各種分析附件，完善其分析功能。 計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 ? 透射電子顯微鏡的發(fā)展還表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的應(yīng)用使透射電子顯微鏡的控制變得簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度大大提高，整機(jī)性能提高。 ? 在透射電子顯微鏡的觀察與記錄系統(tǒng)中增加攝像系統(tǒng)，使分析觀察更加方便，而且能連續(xù)記錄。近幾年慢掃描 CCD相機(jī)越來(lái)越多地取代傳統(tǒng)的觀察與記錄系統(tǒng)，將透射電子信號(hào)（圖象）傳送到計(jì)算機(jī)顯示器上，不僅方便觀察記錄，而且與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使遠(yuǎn)程觀察記錄成為可能 總結(jié) ? 電磁透鏡的分辨率受兩個(gè)因素控制：衍射效應(yīng)和像差（主要是球差）。孔徑半角 α對(duì)兩個(gè)因素的影響作用相反。 ? 電鏡的像差為：球差、像散、色差。其中球差不可消除且對(duì)電鏡分辨率影響最顯著；像散可以消除；色差的影響是電壓波動(dòng)和樣品厚度不均 ? 有效放大倍數(shù)和放大倍數(shù)是兩個(gè)不同的概念。 ? 正是由于 α很小，電子顯微鏡的景深和焦長(zhǎng)都很大。 總結(jié) ? 透射電子顯微鏡主要組成部分是 照明系統(tǒng) 、成像系統(tǒng) 和 觀察記錄系統(tǒng) 。 ? 成像系統(tǒng)中的物鏡是顯微鏡的核心，它的分辨率就是顯微鏡的分辨率。成像系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)兩種成像操作：一種是將物鏡的像放大成像，即試樣 形貌觀察 ；另一種是將物鏡背焦面的衍射花樣放大成像，即 電子衍射 分析。 總結(jié) ? 樣品臺(tái)是透射電子顯微鏡的重要附件之一，它可以實(shí)現(xiàn)樣品的平移、傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)操作從而便于樣品的觀察分析；高溫臺(tái)、低溫臺(tái)和拉伸臺(tái)等可以進(jìn)一步擴(kuò)大透射電子顯微鏡的功能。 ? 光闌在透射電子顯微鏡的光路中是用來(lái)限制電子束的發(fā)散角。 ? 三個(gè)可動(dòng)光闌：第二聚光鏡光闌、物鏡光闌和選區(qū)光闌的 位置 和 作用 是各不相同的。
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