材料科學研究課件第6章知識點

1、透射電鏡原理與電磁透鏡材料研究方法南京理工大學材料學院朱和國 課程內容一工作原理電磁透鏡二一、光學顯微鏡的分辨率光學顯微鏡的分辨率是指成像物體上能分辨出來的兩個物點間的最小距離。 （a）Airy斑 （b）兩個Airy斑靠近到剛好能分辨的臨界距離時強度的疊加 圖5-1 兩個理想物點成像時形成的Airy斑-波長；-孔徑半角；n-折射率；M-放大倍率 第一暗環(huán)半徑： 分辨率：一、光學顯微鏡的分辨率對于光學顯微鏡，nsin=1.2左右，n=1.5, =7075 r0=0.5分辨率主要決定于照明光源的波長，半波長是分辨率的理論極限.可見光波長為390770nm，其極限分辨率為200nm（0.2m）左右。

2、人眼分辨率約為0.2mm，光學顯微鏡分辨率為0.2m，因此光學顯微鏡的有效放大倍數(shù)約為1000倍。注意：光學顯微鏡的放大倍數(shù)可以做得更高，但高出的部分只是改善舒適度，對分辨率沒有貢獻。通常為10001500倍。降低光源波長，可提高顯微鏡的分辨率。比可見光波長短的還有紫外線、X射線和射線，由于紫外線易被多數(shù)物質強烈吸收，而X、射線無法折射和聚焦，它們均不能成為顯微鏡的照明光源。 二、工作原理a）光學顯微鏡光路圖 （b）透射電鏡光路圖圖6-2 透射電子顯微鏡與光學顯微鏡的光路圖圖6-1 JEM-2100F型透射電子顯微鏡電子束可見光焦距可調恒為正焦距固定凸為正凹為負倍數(shù)可調倍數(shù)固定熒光屏像毛玻璃像

3、波長長波長短二、工作原理電子顯微鏡與光學顯微鏡的區(qū)別： 1）透射電子顯微鏡的信息載體是電子束，而光學顯微鏡則為可見光；電子束的波長可通過調整加速電壓獲得所需值。2）透射電子顯微鏡的透鏡是由線圈通電后形成的磁場構成，故名為電磁透鏡，透鏡焦距也可通過勵磁電流來調節(jié)，而光學顯微鏡的透鏡由玻璃或樹脂制成，焦距固定無法調節(jié)。3）透射電子顯微鏡在物鏡和投影鏡之間增設了中間鏡，用于調節(jié)放大倍數(shù)，或進行衍射操作。4）透射電子波長一般比可見光的波長低5個數(shù)量級，因而具有較高的分辨率，能同時分析材料微區(qū)的結構和形貌，而光學顯微鏡僅能分析材料微區(qū)的形貌。5）透射電子顯微鏡的成像須在熒光屏上顯示，而光學顯微鏡可在毛玻

4、璃或白色屏幕上顯示。 二、工作原理1.靜電透鏡 （-）（）6-3 靜電透鏡原理圖2 .電磁透鏡三 、電磁透鏡三 、電磁透鏡軟磁鐵可顯著增強短線圈中的磁感應強度，縫隙可使磁場在該處更加集中，且縫隙愈小，集中程度愈高，該處的磁場強度就愈強。極靴（一對）使線圈內的磁場強度進一步增強。極靴采用磁性材料制成，呈錐形環(huán)狀，置于縫隙處，見圖6-6a。極靴可使電磁透鏡的實際磁場強度將更有效地集中到縫隙四周僅幾毫米的范圍內，見圖6-6b。圖6-5軟磁鐵為殼體的短線圈（a）結構與磁力線走向 （b）縫隙處的場強分布圖6-6 帶有極靴的磁透鏡及場強分布有極靴(軟鐵殼+極靴)短線圈(無軟鐵殼)無極靴(軟鐵殼)BzzO光學透鏡成像時，物距L1、像距L2、焦距f三者滿足以下成像條件： 式中K為常數(shù)；I為勵磁電流；N為線圈的匝數(shù)；Ur為經(jīng)過相對論修整過的加速電壓，IN合稱安匝數(shù)。由此可見：1）電磁透鏡的成像可以通過改變勵磁電流來改變焦距以滿足成像條件；2）電磁透鏡的焦距總是正值，不存在負值，意味著電磁透鏡沒有凹透鏡，全是凸透鏡，即匯聚透鏡；3）焦距f與加速電壓成正比，即與電子速度有關，電子速度愈高，焦距愈