電子顯微鏡-TEM課件

1、電子顯微鏡TEM目錄一、電子顯微鏡簡介二、基礎知識三、透射電鏡原理和結構四、透射電鏡的成像原理 一、電子顯微鏡簡介 電子顯微鏡是利用電子束對樣品放大成像的一種顯微鏡，包括掃描電鏡（Scanning Electron Microscopy, SEM）和透射電鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM）兩大類型，其分辨率最高達到0.01nm，放大倍率高達1500 000倍，借助這種顯微鏡我們能直接觀察到物質(zhì)的超微結構。 基礎知識三、透射電鏡原理和結構3.1 透射電鏡的基本原理 透射電子顯微鏡（Transmission electron microscope，縮寫T

2、EM），簡稱透射電鏡，是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件（如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件）上顯示出來。具有一定能量的電子束與樣品發(fā)生作用，產(chǎn)生反映樣品微區(qū)厚度、平均原子序數(shù)、晶體結構或位向差別的多種信息。 透射電鏡原理和結構3.2 透射電鏡的結構 透射電鏡原理和結構 透射電鏡的成像原理 4.2 質(zhì)厚襯度4.2.1.原子核和核外電子對入射電子的散射 供觀察形貌結構的復型樣品和非晶態(tài)物質(zhì)樣品的襯度是質(zhì)厚襯度經(jīng)典理論認為散射是入射電子在靶物

3、質(zhì)粒子場中受力而發(fā)生偏轉。可采用散射截面的模型處理散射問題，即設想在靶物質(zhì)中每一個散射元(一個電子或原子核)周圍有一個面積為的圓盤，圓盤面垂直于入射電子束，并且每個入射電子射中一個圓盤就發(fā)生偏轉而離開原入射方向；未射中圓盤的電子則不受影響直接通過。 透射電鏡的成像原理 4.2.2.質(zhì)厚襯度原理 設電子束射到一個原子量為M、原子序數(shù)為Z、密度為和厚度為t的樣品上，若入射電子數(shù)為n，通過厚度為dt后不參與成象的電子數(shù)為dn，則入射電子散射率為單位體積樣品中包含的原子個數(shù)單個原子的散射截面每單位體積樣品的散射面積厚度為dt的晶體總散射截面將上式積分，得：式中N0為入射電子總數(shù)(即t=0時的n值)，N

4、為最后參與成像的電子數(shù)。 透射電鏡的成像原理 4.2.3.質(zhì)厚襯度表達式 令N1為A區(qū)樣品單位面積參與成像的電子數(shù)，N2為B區(qū)樣品單位面積參與成像的電子數(shù)，則A、B兩區(qū)的電子襯度G為將上式展成級數(shù)，并略去二級及其以后的各項，得： 將 t 稱為質(zhì)量厚度。 透射電鏡的成像原理 4.2.3.質(zhì)厚襯度表達式 對于大多數(shù)復型來說，因其是用同一種材料做的，上式可寫為 即襯度G取決于質(zhì)量厚度t，這就是所謂質(zhì)量厚度襯度(簡稱質(zhì)厚襯度)的來源。實際上，這里G僅與厚度有關，即 透射電鏡的成像原理 4.2.3.質(zhì)厚襯度表達式 當A、B兩區(qū)不是由同一種物質(zhì)組成時，襯度不僅取決于樣品的厚度差，還取決于樣品的原子序數(shù)差。

5、 同樣的幾何厚度，含重原子散射作用強，相應的明場像暗；反之，由輕原子組成的區(qū)域，散射作用弱，相應的明場像亮復型樣品的制備中，常采用真空鍍膜投影的方法，由于投影（重）金屬或萃取第二相粒子的原子序數(shù)總是比復型材料大得多，所以經(jīng)過投影的復型圖像襯度要高得多。 透射電鏡的成像原理 4.3 衍射襯度像 晶體試樣在進行TEM電鏡觀察時，由于各處晶體取向不同和(或)晶體結構不同，滿足布拉格條件的程度不同，使得對應試樣下表面處有不同的衍射效果，從而在下表面形成一個隨位置而異的衍射振幅分布，這樣形成的襯度，稱為衍射襯度。 衍襯像分為明場像與暗場像。如果只允許透射束通過物鏡光欄成像，稱其為明場像；如果只允許某支衍

6、射束通過物鏡光欄成像，則稱為暗場像。 透射電鏡的成像原理 4.3.1 明場像 明場像：采用物鏡光欄擋住所有的衍射線，只讓透射光束通過的成像。透過取向位置滿足布拉格關系的晶粒的電子束強度弱透過取向位置不滿足布拉格關系的晶粒的電子束強度強 透射電鏡的成像原理 4.3.3 離軸暗場像 使光闌孔套住hkl斑點，把透射束和其它衍射束擋掉，在這種暗場成像的方式下，衍射束傾斜于光軸，故又稱離軸暗場。離軸暗場像的質(zhì)量差，物鏡的球差限制了像的分辨能力。000hkl 透射電鏡的成像原理 4.3.4 中心暗場成像000 透射電鏡的成像原理 4.4 衍射襯度理論對于晶體，衍襯像來源于相干散射，即來源于衍射波1、有一個

7、晶面嚴格滿足布拉格條件：雙束條件2、入射波與任何晶面都不滿足布拉格條件，假設：a:透射波的強度幾乎等于入射波的強度；b:衍射束不再被晶面反射到入射線方向。運動學近似雙束動力學近似 透射電鏡的成像原理 4.4.1 完整晶體中衍襯像運動學理論 運動學近似成立的條件：樣品足夠薄，入射電子受到多次散射的機會減少到可以忽略的程度；衍射處于足夠偏離布拉格條件的位向，衍射束強度遠小于透射束強度 透射電鏡的成像原理 4.4.1 完整晶體中衍襯像運動學理論 其中 a ， b ，c 是單胞的基矢。對于所考慮的晶柱來說，因此， P0處的合成波振幅為衍射波振幅的微分形式是衍射波強度公式：式中 單胞體積 衍射角之半 結構振幅 電子波長 消光距離4.4.1 完整晶體中衍襯像運動學理論 透射電鏡的成像原理 透射電鏡的成像原理 4.4.2 不完整晶體中衍襯像運動學理論 不完整晶體衍射強度公式 所謂不完成晶體是指在完整晶體中引入諸如位錯、層錯、空位集聚引起的點陣崩塌、第二相和晶粒邊界等缺陷。 在完整晶體中引入缺陷的普遍效應，是使原來規(guī)則排列的周期點陣受到破壞，點陣發(fā)生了短程或長程畸變。處理畸變晶體方法：1、把畸變晶體看成是局部倒易點陣矢量、或局部晶面 間距發(fā)生變化：2、把畸變晶體看成是完整晶體的晶胞位置矢量發(fā)生變 化，位置矢量由