材料分析測試技術(shù)chapter5透射電鏡的結(jié)構(gòu)(參考版)
2025-04-16 22:35本頁面
【正文】 。 ? 光闌在透射電子顯微鏡的光路中是用來限制電子束的發(fā)散角。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) ? 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) 。其中球差不可消除且對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?？讖桨虢?α對兩個(gè)因素的影響作用相反。 ? 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。 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。 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）。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。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。 ? 透射電子顯微鏡功能的拓寬意味著一臺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。 ? 透射電子顯微鏡增加附件后，其功能可以從原來的樣品內(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 ? 早期的透射電子顯微鏡功能主要是觀察樣品形貌，后來發(fā)展到可以通過電子衍射原位分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)。這些發(fā)展主要集中在三個(gè)方面。 ? 選區(qū)光闌同樣是用無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。但光闌孔的直徑就可以做的比較大。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。 ? 對這個(gè)微區(qū)進(jìn)行衍射分析叫做選區(qū)衍射。 （三）選區(qū)光闌 ? 選區(qū)光闌又稱場限光闌或視場光闌。 ? 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。 ? 電子束通過薄膜樣品后產(chǎn)生散射和衍射。 （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。 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 。 （一）第二聚光鏡光闌 ? 四個(gè)一組的光闌孔被安裝在一個(gè)光闌桿的支架上（ 圖 519） ， 使用時(shí) ， 通過光闌桿的分檔機(jī)構(gòu)按需要依次插入 ， 使光闌孔中心位于電子束的軸線上 （ 光闌中心和主焦點(diǎn)重合 ） 。其中三種主要的可動光闌是第二聚光鏡光闌，物鏡光闌和選區(qū)光闌。機(jī)械式的是在電磁透鏡的磁場周圍放置幾塊位置可以調(diào)節(jié)的導(dǎo)磁體，用它們來吸引一部分磁場，把固有的橢圓形磁場校正成接近旋轉(zhuǎn)對稱的磁場。透射電鏡的樣品是放置在物鏡的上下極靴之間，由于這里的空間很小，所以透射電鏡的樣品也很小，通常是直徑 3mm的薄片。照相時(shí)只要把熒光屏豎起，電子束即可使照相底片曝光。 成像系統(tǒng) ? 高性能的透射電鏡大都采用 5級透鏡放大，即中間鏡和投影鏡有兩級，分第一中間鏡和第二中間鏡，第一投影鏡和第二投影鏡。即使改變中間鏡的放大倍數(shù)，使顯微鏡的總放大倍數(shù)有很大的變化，也不會影響圖像的清晰度。投影鏡的激磁電流是固定的。如果把中間鏡的物平面和物鏡的后焦面重合，則在熒光屏上得到一幅電子衍射花樣，這就是電子顯微鏡中的電子衍射操作，如圖 515（ b）所示。在電鏡操作過程中，主要是利用中間鏡的可變倍率來控制電鏡的放大倍數(shù)。 （二）中間鏡 ? 中間鏡是一個(gè)弱激磁的長焦距變倍透鏡，可在 020倍范圍調(diào)節(jié)。 ? 在用電子顯微鏡進(jìn)行圖像分析時(shí)，物鏡和樣品之間和距離總是固定不變的，（即物距 L1不變）。物鏡光闌不僅具有減少球差，像散和色差的作用，而且或以提高圖像的襯度。一般來說，極靴的內(nèi)孔和上下級之間的距離越小，物鏡的分辨率就越高。目前，高質(zhì)量的物鏡其分辨率可達(dá) 。通常采用強(qiáng)激磁，短焦距的物鏡。因?yàn)槲镧R的任何缺陷都被成像系統(tǒng)中其它透鏡進(jìn)一步放大。 ? （一）物鏡 ? 物鏡是用來形成第一幅高分辨率電子顯微圖像或電子衍射花樣的透鏡。結(jié)果在樣品平面上可獲得2～ 10μm 的照明電子束斑。一般都采用雙聚光鏡系統(tǒng)，如圖 514所示。交叉點(diǎn)處電子束直徑約幾十個(gè)微米。 ? 圖 513（ b）是電子槍結(jié)構(gòu)原理圖。 電子槍 ? 電子槍是透射電子顯微鏡的電子源。 ? 聚光鏡是把電子槍發(fā)射出來的電子會聚而成的交叉點(diǎn)進(jìn)一步會聚后照射到樣品上。 照明系統(tǒng) ? 照明系統(tǒng)主要由 電子槍 和 聚光鏡 組成。 透射電鏡的結(jié)構(gòu) ? 圖 512是電子光學(xué)系統(tǒng)的組成部分示意圖。此時(shí)像平面沿軸線前后可移動的距離為 DL：由圖510中幾何關(guān)系得： 20220 2222 MrMrtgMrtgRDL ??????????? 透射電鏡的結(jié)構(gòu) ? 圖 511是透射電鏡的外觀照片。讓像平面位于 Oˊ 處，此時(shí)像平面上是一像點(diǎn)；當(dāng)像平面沿軸線前后移動時(shí)，像平面上逐漸由像點(diǎn)變成一個(gè)散焦斑。 ? 由圖 59的幾何關(guān)系可推導(dǎo)出景深的計(jì)算公式為： ? （ 516） ??00 22 rtgrDf????焦長 ? 焦長是指物點(diǎn)固定不變（物距不變），在保持成像清晰的條件下，像平面沿透鏡軸線可移動的距離。如果衍射效應(yīng)是決定電磁透鏡分辨率的控制因素，那么散焦斑半徑 R0折算到物平面上的尺寸只要不大于 Δr 0，像平面上就能成一幅清晰的像。 ???? s in
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