透射電子顯微鏡-閱讀頁
2025-07-08 00:58本頁面
【正文】 射出燈絲的電子會在適當(dāng)?shù)牟僮飨卤掇D(zhuǎn)變?yōu)闀鄣男问?，其最小大小為電子槍的截面直徑。此外，六硼化鑭和鎢熱電子源必須加熱以使電子可以發(fā)射出來，通?？梢允褂靡粋€(gè)小電阻片來達(dá)到這一目的。對六硼化鑭材料，這個(gè)延遲通常長達(dá)數(shù)秒鐘，而對于鎢，這個(gè)延遲相對來說非常短[來源請求]。透鏡可以使用靜電效應(yīng)，也可以使用磁效應(yīng)。這些透鏡產(chǎn)生的場必須是徑向?qū)ΨQ的，否則，磁場透鏡將會產(chǎn)生散光等失真現(xiàn)象，同時(shí)會使球面像差與色差惡化。選擇這些材料是由于它們擁有適當(dāng)?shù)牡拇盘匦?，如磁飽和、磁滯、磁?dǎo)等等。極靴必須制造得非常對稱，這樣可以提供形成透鏡磁場的合適的邊界條件。透鏡的空隙的大小、極靴的內(nèi)徑以及尖端的尺度，還有透鏡的整體設(shè)計(jì)經(jīng)常通過磁場有限元分析來完成，同時(shí)還需要考慮到設(shè)計(jì)的散熱和電氣限制。這些線圈中的電流可以變化，然而經(jīng)常使用很高的電壓，因此需要很強(qiáng)的絕緣能力，以防止透鏡元件之間發(fā)生短路。線圈可能還需要使用水冷，亦即使用流動(dòng)的冷水將熱量帶走。這個(gè)元件包含的小圓盤厚度足以阻止電子穿過，而中央的電子則可以從空洞穿過。首先，光圈使得電子束的強(qiáng)度減弱，對于某些對電子束強(qiáng)度敏感的樣品就需要使用光圈。光圈可能是大小固定的，或者大小可變。光圈系統(tǒng)是一種允許操作人員選擇不同大小的光圈的機(jī)械設(shè)備，這樣操作人員可以在電子束強(qiáng)度與過濾效應(yīng)上做出取舍。成像方式電子束穿過樣品時(shí)會攜帶有樣品的信息，TEM的成像設(shè)備使用這些信息來成像。觀察到的圖像強(qiáng)度，I，在假定成像設(shè)備質(zhì)量很高的情況下，近似的與電子波函數(shù)的時(shí)間平均幅度成正比。根據(jù)前面的等式，可以推出觀察到的圖像強(qiáng)度依賴于電子波的幅度，同時(shí)也依賴于電子波的相位。高分辨率的圖像要求樣品盡量的薄，電子束的能量盡量的高。由于在這種情況下樣品僅僅對波的相位造成影響，這樣的樣品被稱作純相位物體。例如，為了增加圖像的對比度，TEM需要稍稍離開聚焦位置一點(diǎn)。對比度信息TEM中的對比度信息與操作的模式關(guān)系很大。這些模式可以用于獲得研究人員所關(guān)注的特別信息。在這一模式中，經(jīng)典的對比度信息根據(jù)樣品對電子束的吸收所獲得。圖像可以認(rèn)為是樣品沿光軸方向上的二維投影，而且可以使用比爾定律來近似[26]。衍射對比度鋼鐵中原子尺度上晶格錯(cuò)位的TEM圖像。例如晶體樣品會將電子束散射至后焦平面上離散的點(diǎn)上。通常僅有非常少的樣品造成的電子衍射會投影在成像設(shè)備上。這樣的圖像被稱為暗場圖像。這種成像方式可以用來研究晶體的晶格缺陷。如果樣品某一特定的晶平面僅比最強(qiáng)的衍射角小一點(diǎn)點(diǎn)，任何晶平面缺陷將會產(chǎn)生非常強(qiáng)的對比度變化。電子能量損失通過使用采用電子能量損失光譜學(xué)這種先進(jìn)技術(shù)的光譜儀，適當(dāng)?shù)碾娮涌梢愿鶕?jù)他們的電壓被分離出來。這樣，這些特定能量的電子可以與樣品發(fā)生特定的影響。這種效應(yīng)通常會導(dǎo)致色散，然而這種效應(yīng)可以用來產(chǎn)生元素成分的信息圖像，根據(jù)原子的電子電子作用[28]。由于在許多圖像中，非彈性散射電子書包含了許多操作者不關(guān)心的信息，從而降低了有用信息的可觀測性。相襯技術(shù)晶體結(jié)構(gòu)可以通過高分辨率透射電子顯微鏡來研究，這種技術(shù)也被稱為相襯顯微技術(shù)。然而由于圖像還依賴于射在屏幕上的電子的數(shù)量，對相襯圖像的識別更加復(fù)雜。衍射模式面心立方奧氏體不銹鋼孿晶結(jié)晶衍射圖如前所述，通過調(diào)整磁透鏡使得成像的光圈處于透鏡的后焦平面處而不是像平面上，就會產(chǎn)生衍射圖樣。對于單晶體，衍射圖樣與電子束照射在樣品的方向以及樣品的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。衍射圖樣的動(dòng)態(tài)范圍通常非常大。因此TEM通常裝備有膠卷暗盒以記錄這些圖像。盡管可以對格點(diǎn)圖像對比度進(jìn)行定量的解釋，然是分析本質(zhì)上非常復(fù)雜，需要大量的計(jì)算機(jī)仿真來計(jì)算。在會聚電子束衍射技術(shù)中，會聚電子束在樣品表面形成一個(gè)極細(xì)的探針，從而產(chǎn)生了不平行的會聚波前，而匯聚電子束與樣品的作用可以提供樣品結(jié)構(gòu)以外的信息，例如樣品的厚度等等。 吸收像：當(dāng)電子射到質(zhì)量、密度大的樣品時(shí)，主要的成相作用是散射作用。早期的透射電子顯微鏡都是基于這種原理。 衍射像：電子束被樣品衍射后，樣品不同位置的衍射波振幅分布對應(yīng)于樣品中晶體各部分不同的衍射能力，當(dāng)出現(xiàn)晶體缺陷時(shí)，缺陷部分的衍射能力與完整區(qū)域不同，從而使衍射缽的振幅分布不均勻，反映出晶體缺陷的分布。 相位像：當(dāng)樣品薄至100197。 組件陰極管發(fā)射的電子通過柵極上的小孔形成射線束，經(jīng)陽極電壓加速后射向聚光鏡，起到對電子束加速、加壓的作用。 聚光鏡：將電子束聚集，可用已控制照明強(qiáng)度和孔徑角。 樣品室：放置待觀察的樣品，并裝有傾轉(zhuǎn)臺，用以改變試樣的角度，還有裝配加熱、冷卻等設(shè)備。 物鏡：為放大率很高的短距透鏡，作用是放大電子像。 通過調(diào)節(jié)中間鏡的電流，可選擇物體的像或電子衍射圖來進(jìn)行放大。 透射鏡：為高倍的強(qiáng)透鏡，用來放大中間像后在熒光屏上成像。 應(yīng)用透射電子顯微鏡在材料科學(xué)、生物學(xué)上應(yīng)用較多。所以用透射電子顯微鏡觀察時(shí)的樣品需要處理得很薄。對于液體樣品，通常是掛預(yù)處理過的銅網(wǎng)上進(jìn)
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