透射電鏡結(jié)課論文

前言隨著納米科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳統(tǒng)物理學(xué)、材料學(xué)的不斷完善，人們亟需更加深刻地認(rèn)識、了解微觀世界。透射電子顯微鏡是研究物質(zhì)微觀世界的強(qiáng)有力工具之一，它可以幫助人們?nèi)〉酶叻糯蟊堵?、高空間分辨率的結(jié)構(gòu)信息和化學(xué)組成。透射電鏡早期的發(fā)展步伐是較慢的，但從1980年代中后期，特別是進(jìn)入1990年代后期，電鏡的發(fā)展進(jìn)入了一個快速發(fā)展的時期。這主要得益于電子技術(shù)、真空技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等的飛躍式發(fā)展?，F(xiàn)代透射電鏡盡管其基本組成結(jié)構(gòu)、基本工作原理未發(fā)生本質(zhì)上大的變革，但其主機(jī)系統(tǒng)各組成部分的穩(wěn)定性大大提高，因而現(xiàn)代電鏡的綜合穩(wěn)定性較早期的電鏡好很多。再結(jié)合新的計算機(jī)技術(shù)，透射電鏡的控制和操作變?yōu)槿珨?shù)字化、全電腦控制，現(xiàn)代電鏡的性能得以顯著提高。這一點(diǎn)體現(xiàn)在：得到一張高分辨透射照片現(xiàn)在非常容易;在材料分析中，電鏡主機(jī)和能譜儀等分析性附件可以十分方便地相互配合。透射電鏡在材料科學(xué)中應(yīng)用越來越廣泛。透鏡的特點(diǎn)及應(yīng)用組成與原理現(xiàn)代透射電子顯微鏡是由電鏡主機(jī)以及各種附件的有機(jī)組合。其中，主機(jī)部分由電子槍、鏡筒、樣品臺、照相系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及電鏡控制系統(tǒng)等核心部分組成?，F(xiàn)代透射電鏡根據(jù)應(yīng)用要求不同，將最高加速電壓設(shè)計為120kV、200kV和300kV，這三種高壓是材料研究中最常用的。鏡筒中最核心的部分是物鏡，根據(jù)應(yīng)用要求可以選擇不同的物鏡。透射電鏡的基本工作原理是：以電子束作為光源，用電磁透鏡對入射電子所穿透的樣品聚焦成像，獲得樣品結(jié)構(gòu)信息。據(jù)此，透射電鏡首先作為一個放大鏡和電子衍射儀。從放大鏡的角度來看，在較低的放大倍數(shù)時，主要觀察樣品的形貌，在高倍時可以得到高分辨照片，不同情況下需要用不同的襯度原理來解釋，這往往需要非常專業(yè)的電子光學(xué)知識。由于透射電鏡上得到的高分辨照片往往受到各種因素，比如物鏡的球差、樣品的厚度不均一性等的影響，對高分辨照片的解釋有時是很困難的。這就要求分析者必須結(jié)合透射電鏡的分析功能來輔助分析和判斷?，F(xiàn)代透射電鏡除了在高分辨性能上著力發(fā)展外，在分析能力上也表現(xiàn)出了傳統(tǒng)透射電鏡不可比擬的優(yōu)越性能，因此，對新材料的研發(fā)起著不可替代作用。特點(diǎn)透射電鏡以電子束作為光源，用電磁透鏡對入射電子所穿透的樣品聚焦成像，獲得樣品結(jié)構(gòu)信息的電子光學(xué)儀器。眾所周知，圖像觀察、結(jié)構(gòu)研究等各種基本功能都是由透射電鏡的主機(jī)提供的。然而，一些功能的實(shí)現(xiàn)要靠電鏡主機(jī)與附件之間的有機(jī)配合來完成的。如，微區(qū)的成分分析就需要EDS附件和電鏡的納米束斑模式進(jìn)行配合才可以實(shí)現(xiàn)。在高度數(shù)字化的今天，CCD相機(jī)在很多時候可以代替膠片采集透射電子信號進(jìn)行數(shù)字成像及完成一些簡單的圖像分析功能，也成為了透射電鏡不可或缺的主要附件之一。再者由于透射電鏡只能對直徑為3毫米、厚度在100納米以下的樣品進(jìn)行較好的分析研究，因此一些附屬制樣設(shè)備也是必須的，特別是對研究一些塊狀的材料。作為一臺現(xiàn)代電鏡，除了要求儀器有良好的分辨本領(lǐng)外，其分析功能則更加受到使用者青睞，并在實(shí)際工作中更為實(shí)用。特別是對于鋼鐵企業(yè)來說，分析晶界、沉淀相的成份及含量是工作中需要經(jīng)常處理的任務(wù)。現(xiàn)代透射電鏡在提供高分辨率圖像的同時，還能與EDS及CCD附件同時采集數(shù)據(jù)，在提供TEM及STEM像時，同時可以根據(jù)需要給出成份組成及含量的分析數(shù)據(jù)。并實(shí)時顯示在顯示器上，同步進(jìn)行，是完全準(zhǔn)確的一一對應(yīng)關(guān)系，直觀高效。一般來講，材料科學(xué)用戶多選擇200kV以上(含200kV)的電鏡，他們追求圖像的分辨率和納米尺度的成分、晶體結(jié)構(gòu)分析(加速電壓越高、分辨率越好);生命科學(xué)用戶多選擇100kV、120kV的透射電鏡，他們更看重或追求圖像的襯度(加速電壓越低、襯度越好)。但研究領(lǐng)域不同，也不能一概而論。場發(fā)射透射電鏡與六硼化鑭型透射電鏡的比較，場發(fā)射透射電鏡的分辨率沒有提高(因?yàn)榍虿钕禂?shù)沒有變化)，優(yōu)點(diǎn)是亮度高(場發(fā)射槍的亮度是六硼化鑭槍的100倍，鎢燈絲槍的1000倍)、電子的能量發(fā)散度小和相干性好?？臻g分辨率高(亮度)是場發(fā)射透射電鏡的突出優(yōu)點(diǎn)，利用場發(fā)射槍高亮度的特點(diǎn)，可進(jìn)行高空間分辨率的觀察，即在很小的束斑尺寸下(例如：束斑尺寸為0.5nm時)，進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)(微微電子衍射)和成分分析，納米材料、材料的界面和表面(通常尺度很小)是當(dāng)前材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)，場發(fā)射透射電鏡高空間分辨率的特點(diǎn)正好滿足了材料工作者的需求，這也是近年來透射電鏡需求旺盛的原因之一;需要指出的是，盡管場發(fā)射透射電鏡的空間分辨率優(yōu)于六硼化鑭型透射電鏡，但他們的圖像分辨率(區(qū)分開兩點(diǎn)之間的最小距離)卻是相同的，圖像的分辨率主要與加速電壓和物鏡的球差系數(shù)有關(guān)，目前，同一個加速電壓下，場發(fā)射電鏡和六硼化鑭電鏡的球差系數(shù)相同，因而圖像的分辨率也相同。場發(fā)射透射電鏡的另外一個特點(diǎn)就是，可以與許多分析系統(tǒng)配合使用，如能譜儀系統(tǒng)(EDS)、能量損失譜系統(tǒng)(EELS)、能量過濾系統(tǒng)(EnergyFilterSystem)、HAADF