透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)及成像

1、 透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)及成像一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解透射電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)；2）熟悉透射電子顯微鏡的成像原理；3）了解基本操作步驟。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）了解透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)；2）了解電子顯微鏡面板上各個(gè)按鈕的位置與作用；3）無試樣時(shí)檢測(cè)像散，如存在則進(jìn)行消像散處理；4）加裝試樣，分別進(jìn)行衍射操作、成像操作，觀察衍射花樣和圖像；5）進(jìn)行明場(chǎng)、暗場(chǎng)和中心暗場(chǎng)操作，分別觀察明場(chǎng)像、暗場(chǎng)像和中心暗場(chǎng)像。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與材料JEM-2100F型TEM透射電子顯微鏡四、實(shí)驗(yàn)原理圖1 JEM-2100F型透射電子顯微鏡一）透射電鏡的基本結(jié)構(gòu)透射電鏡主要由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)和真空系統(tǒng)三大部分組成，其中

2、電子光學(xué)系統(tǒng)為電鏡的核心部分，它包括照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)組成。1）照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)主要由電子槍和聚光鏡組成，電子槍發(fā)射電子形成照明光源，聚光鏡是將電子槍發(fā)射的電子會(huì)聚成亮度高、相干性好、束流穩(wěn)定的電子束照射樣品。2）成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)由物鏡、中間鏡和投影鏡組成。3）觀察記錄系統(tǒng)觀察記錄系統(tǒng)主要由熒光屏和照相機(jī)構(gòu)組成。二）主要附件1）樣品傾斜裝置（樣品臺(tái))樣品臺(tái)是位于物鏡的上下極靴之間承載樣品的重要部件，見圖2，并使樣品在極靴孔內(nèi)平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)，以便找到合適的區(qū)域或位向，進(jìn)行有效觀察和分析。下極靴上極靴物鏡光欄樣品臺(tái)圖2 樣品臺(tái)在極靴中的位置（JEM-2010F）2）電子束的平移和傾

3、斜裝置電鏡中是靠電磁偏轉(zhuǎn)器來實(shí)現(xiàn)電子束的平移和傾斜的。圖3為電磁偏轉(zhuǎn)器的工作原理圖，電磁偏轉(zhuǎn)器由上下兩個(gè)偏置線圈組成，通過調(diào)節(jié)線圈電流的大小和方向可改變電子束偏轉(zhuǎn)的程度和方向。上偏置線圈下偏置線圈qqqqbS圖3 電磁偏轉(zhuǎn)器的工作原理圖3）消像散器NNNNNNNNSSSSSSSS（a）磁極分布 （b）有像散時(shí)的電子束斑 （c）無像散時(shí)的電子束斑圖4 電磁式消像散器示意圖及像散對(duì)電子束斑形狀的影響 像散是由于電磁透鏡的磁場(chǎng)非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱導(dǎo)致的，直接影響透鏡的分辨率，為此，在透鏡的上下極靴之間安裝消像散器，就可基本消除像散。圖4 為電磁式消像散器的原理圖及像散對(duì)電子束斑形狀的影響。從圖4b和4c可知未

4、裝消像散器時(shí)，電子束斑為橢圓形，加裝消像散器后，電子束斑為圓形，基本上消除了聚光鏡的像散對(duì)電子束的影響。4）光欄光欄是為擋掉發(fā)散電子，保證電子束的相干性和電子束照射所選區(qū)域而設(shè)計(jì)的帶孔小片。根據(jù)安裝在電鏡中的位置不同，光欄可分為聚光鏡光欄、物鏡光欄和中間鏡光欄三種。三）成像原理OO*Lf0rO試樣入射電子束RRA磁透鏡BABCC圖5透射電鏡電子衍射原理圖由圖5中得幾何關(guān)系并推導(dǎo)后得：R= Kg式中的L 和K分別稱為有效相機(jī)長(zhǎng)度和有效相機(jī)常數(shù)。但需注意的是式中的L并不直接對(duì)應(yīng)于樣品至照相底片間的實(shí)際距離，因?yàn)橛行鄼C(jī)長(zhǎng)度隨著物鏡、中間鏡、投影鏡的勵(lì)磁電流改變而變化，而樣品到底片間的距離卻保持不變

5、，但由于透鏡的焦長(zhǎng)大，這并不會(huì)妨礙電鏡成清晰圖像。因此，實(shí)際上我們可不加區(qū)分K與K、L與L和R與R了，并用K直接取代K。試樣物鏡物鏡后焦面（物鏡光欄位）物鏡像平面（中間鏡光欄位）中間鏡中間鏡像投影鏡熒光屏（物像）L1L2L1L2試樣物鏡物鏡后焦面（物鏡光欄位）中間鏡中間鏡像投影鏡熒光屏（斑點(diǎn)花樣） （a）成像操作 （b）衍射操作圖6 中間鏡的成像操作與衍射操作1）成像操作與衍射操作：調(diào)整勵(lì)磁電流即改變中間鏡的焦距，從而改變中間鏡物平面與物鏡后焦面之間的相對(duì)位置。當(dāng)中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合時(shí)，投影屏上將出現(xiàn)微區(qū)組織的形貌像，這樣的操作稱為成像操作；當(dāng)中間鏡的物平面與物鏡的后焦面重合時(shí)，投

6、影屏上將出現(xiàn)所選區(qū)域的衍射花樣，這樣的操作稱為衍射操作。2）明場(chǎng)操作、暗場(chǎng)操作及中心暗場(chǎng)操作：通過平移物鏡光欄，分別讓透射束或衍射束通過所進(jìn)行的操作。僅讓透射束通過的操作稱為明場(chǎng)操作，所成的像為明場(chǎng)像，見圖7a；反之，僅讓某一衍射束通過的操作稱為暗場(chǎng)操作，所成的像為暗場(chǎng)像，見圖7b。通過調(diào)整偏置線圈，使入射電子束傾斜2qB角，如圖7c所示，晶粒B中的()晶面組完全滿足衍射條件，產(chǎn)生強(qiáng)烈衍射，此時(shí)的衍射斑點(diǎn)移到了中心位置，衍射束與透鏡的中心軸重合，孔徑半角大大減小，所成像比暗場(chǎng)像更加清晰，成像質(zhì)量得到明顯改善。我們稱這種成像操作為中心暗場(chǎng)操作，所成像為中心暗場(chǎng)像。 （a）明場(chǎng)像 （b）暗場(chǎng)像 （

7、c）中心暗場(chǎng)圖7 衍射襯度產(chǎn)生原理圖像平面物鏡光欄物鏡試樣2qB入射束ABIA0IB000IhklI02qB物鏡光欄物鏡試樣2qB入射束ABIAI0IBI0-Ihklhkl000Ihkl衍射束I0像平面物鏡光欄物鏡試樣2qB入射束ABIA0IBIhklhkl000IhklI0像平面五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟 明暗場(chǎng)像是透射電鏡最基本的技術(shù)方法，以下僅對(duì)暗場(chǎng)像操作成像及其要點(diǎn)簡(jiǎn)述如下：1）明場(chǎng)像下尋找感興趣的視場(chǎng)；2）插入選區(qū)光欄圍住所選的視場(chǎng)；3）按“衍射”按鈕轉(zhuǎn)入衍射操作方式，取出物鏡光欄，此時(shí)熒光屏上顯示選區(qū)內(nèi)晶體產(chǎn)生的衍射花樣；4）傾斜入射電子束方向，使用于成像的衍射束與電鏡光軸平行，此時(shí)衍射斑點(diǎn)位于熒光屏的中心；5）插入物鏡光欄，套住衍射斑點(diǎn)的中心斑點(diǎn)，轉(zhuǎn)入成像操作，取出選區(qū)光欄，此時(shí)熒光屏上的圖像即為該衍射束形成的暗場(chǎng)像。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）嚴(yán)格按規(guī)范操作，避免誤操作；2）保證高真空的