当前课程知识点：现代材料分析方法 > 第二章 显微分析 > 2.3 透射电子显微镜结构和成像原理（上） > 透射电子显微镜结构和成像原理（上）
同学们
大家好
这堂课我们学习
透射电子显微镜结构和成像原理（上）
主要包括2个部分
透射电镜的基本结构
透射电镜的照明系统
大家都已经知道
透射电子显微镜
是利用电子的波动性来
观察固体材料内部的
各种缺陷和直接观察原子结构的仪器
是以波长极短的电子束作为照明源
用电磁透镜聚焦成像
具有高分辨率
高放大倍数
如图所示
一台透射电子显微镜就其总体而言
可以分为三个部分
第一个就是
电子光学部分（包括照明系统
包括照明系统
成像系统
观察和记录系统
还有第二部分的真空部分
包括各种真空泵
真空测量
显示仪表
和电子学部分
各种电源
安全系统
控制系统
其中电子光学部分是核心
透射电镜电子光学系统通常称为镜筒
是透射电子显微镜的核心
类似积木式结构
我们抛开截面来看的话
就像这幅示意图一样
上面是照明系统
中间是成像系统
下面是观察与记录系统
电子光学系统的组成部分
及其位置分布一目了然
右边这个图是
JEM-2010F透射电镜主体
的剖面图
也可看到电子光学系统的实际位置
接下来介绍
电子光学系统的第一个部分
照明系统
照明系统是由电子枪
聚光镜和相应的平移对中
倾斜调节装置组成
其作用是提供一束亮度高
照明孔径角小
平行度好
束流稳定的照明源
电子枪是透射电子显微镜的电子源
通常由阴极
栅极帽和阳极组成
电子枪分为
热电子发射型和场发射型两种类型
热电子源在加热时产生电子
主要灯丝有钨丝
六硼化镧用作灯丝
场发射源在强电场作用下产生电子
热电子发射型电子枪的外观
结构及原理如图所示
热电子主要来源于
阴极灯丝发出的电子
经加速管加速得到
而场发射电子枪是
目前亮度最高的电子枪
在金属表面施加一个强电场
金属表面的势垒变小
由于隧穿效应
金属内部的电子
穿过势垒从金属表面发射出来
这种现象称为场发射
场致发射电子枪结构原理图
和发射枪的尖端结构如图所示
这个表给出了各种电子枪特性比较
可以看出
场发射电镜的主要优势就是分辨率高
尤其是低加速电压下的
分辨率更是远远超过钨灯丝电镜
因此更适合于进行表面分析
特别是薄膜样品
从电子枪调节电流密度的公式可看出
电子枪能很好地提供不同的照明源
故要根据具体的透射电镜的
使用情况选择合适的电子枪
从电子枪发射出的电子束
束斑尺寸大
相干性差
不能直接用于样品照明
需进一步根据照明要求
使用照明透镜系统进行调整
聚光镜就是用来
会聚电子枪射出的电子束
以最小的损失照明样品
调节照明强度
孔径角和束斑大小
一般采用双聚光镜系统
如图所示
第一聚光镜是强磁透镜
分档可调
也就是改变束斑spot size
第二聚光镜是弱磁透镜
连续可调
也就是
调节亮度Brightness
第一聚光镜的作用是
把电子束最小交叉截面进一步缩小
并成像在第二聚光镜的物平面上
为了调整束斑大小
在C2聚光镜下装一个聚光镜光阑
通常经二级聚光后
可获得几微米的电子束斑
为了减小像散
在C2下还要装一个消像散器
以校正磁场呈轴对称性的
聚光镜光阑又称第二聚光镜光阑
安装在第二聚光镜下方的焦平面位置
电子束通过薄膜样品后
会产生散射和衍射
散射角（或衍射角）
较大的电子被光阑挡住
不能进入镜筒成像
从而形成有一定衬度的图像
至于什么是衬度
将在后续课程详细介绍
其作用是限制照明孔径角
可以挡掉高角度散射
即远离光轴的电子
提高电子束的平行性和空间相干性
控制照射到样品上的
光斑大小和光照强度
孔直径可用200到300微米
某电镜不同模式下
照明透镜系统的光路图如图所示
有三种模式
首先是透射成像模式
通过励磁电流很强的汇聚小透镜
使电子束汇聚在物镜的前焦点位置
然后是微衍射和微区成分分析模式
关闭会聚小透镜的励磁电流
由于物镜的作用
电子束被会聚在样品的表面
电子束的会聚角很大
最后是小区域的透射电镜观察模式
采用小尺寸聚光镜光阑和小汇聚角
在聚光镜系统里
还装有使电子偏转的偏转线圈
偏转原理图如右图所示
它可用于合轴调整
电子束倾斜
电子束移动
电子束扫描等
最后我们小结一下
这节课主要学习了
透射电镜的基本结构和照明系统
其中
针对透镜的基本结构
重点介绍了电子光学部分
讲解了照明系统
主要包括电子枪
热电子型和场发射型
以及聚光镜系统和偏转系统
那如何获得透射电镜照片的呢
下一节课
我们将继续介绍透射电镜的成像
好 同学们
我们这节课就到这里
我们下节课见
下课
-1.1 X射线的性质及X射线的产生
-1.2 X射线谱
--X射线谱
-1.3 X射线与物质的作用
-1.4 衍射的几何条件
--衍射的几何条件
--衍射的几何条件-小测
-1.5 X射线的衍射方法
--X射线的衍射方法
--X射线的衍射方法-小测
-1.6 X射线的衍射数据
--X射线的衍射数据
--X射线的衍射数据-小测
-1.7 X射线衍射物相定性分析
--X射线衍射物相定性分析-小测
-1.8 物相定量分析方法
--物相定量分析方法
--物相定量分析方法-小测
-第一章测试题
-2.1 显微分析概论
--显微分析概论
-2.2 电子光学基础
--电子光学基础
-2.3 透射电子显微镜结构和成像原理（上）
-2.4 透射电子显微镜结构和成像原理（下）
-2.5 透射电镜的电子像衬度原理
-2.6 电子衍射
--电子衍射
-2.7 薄膜样品的制备
--薄膜样品的制备
-2.8 扫描电镜的工作原理
--扫描电镜的工作原理-小测
-2.9 电子束与固体的相互作用
--电子束与固体的相互作用-小测
-2.10 扫描电镜的结构和性能参数
--扫描电镜的结构和性能参数-小测
-2.11 二次电子像的衬度原理
--二次电子像的衬度原理-小测
-2.12 背散射电子像的衬度原理
--背散射电子像的衬度原理-小测
-2.13 波谱和能谱分析
--波谱和能谱分析
--波谱和能谱分析-小测
-2.14 扫描电镜的样品制备
--扫描电镜的样品制备-小测
-2.15 扫描隧道显微镜
--扫描隧道显微镜-测试
-2.16 原子力显微镜的工作原理及应用
--原子力显微镜的工作原理及应用-测试
-第二章测试题
-3.1 红外光谱概述与原理
--红外光谱概述与原理-小测
-3.2 红外光谱图解析与仪器构造
--红外光谱图解析与仪器构造-小测
-3.3 拉曼光谱概述与原理
--拉曼光谱概述与原理-小测
-3.4 拉曼光谱图解析和仪器构造
--拉曼光谱图解析和仪器构造-小测
-3.5 核磁共振氢谱的基本原理
-3.6 核磁共振谱仪的构造与氢谱解析
-3.7 质谱分析概述及原理
-3.8 离子的类型及质谱基本术语
-3.9 质谱分析及联用技术
-3.10 紫外-可见吸收光谱的基本原理
-3.11 紫外-可见吸收光谱的仪器构造与应用
-3.12 分子荧光光谱的基本原理
-3.13 分子荧光光谱的特征与仪器构造
-第三章测试题
-4.1 电子能谱概述
--电子能谱概述
-4.2 XPS基本原理
--XPS基本原理
-4.3 XPS结果分析
--XPS结果分析
-4.4 俄歇电子能谱(上)
-4.5 俄歇电子能谱(下)
-5.1 DTA基本原理
--DTA基本原理
-5.2 DTA基本结构
--DTA基本结构
-5.3 DTA曲线影响因素
-5.4 DTA定性定量分析
-5.5 DSC基本原理
--DSC基本原理
-5.6 热重法
--热重法
-第五章测试题
