透射电镜(TEM)基本原理

Transmissim Electnonic Microscopy

铄思百检测可提供透射电镜测试服务,透射电镜基本构造与光学显微镜相似,主要由光源、物镜和投影镜三部分组成,只不过用电子束代替光束,用磁透镜代替玻璃透镜。光源由电子枪

和一或两个聚光镜组成,其作用是得到具有确定能量的高亮度的聚电子束。

透射电镜的构造

1.电子光学系统

(1)照明部分

①阴极:又称灯丝, -般是由0.03~0.1毫米的钨丝作成V或Y形状。

②阳极:加速从阴极发射出的电子。为了安全，- -般都是阳极接地,阴极带有负高压。

③控制极:会聚电子束;控制电子束电流大小,调节象的亮度。

阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能,因此,人们习惯上把它们通称为“电子枪” 。

④聚光镜:由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用,电子束穿过阳极小孔后,又逐渐变粗,射到试样上仍然过大。聚光镜就是为克服这种缺陷加入的,它有增强电子束密度和再一-次将发

散的电子会聚起来的作用。

(2)成象放大部分

这部分有试样室、物镜、中间镜、投影镜等组成。

①试样室:位于照明部分和物镜之间，它的主要作用是通过试样台承载试样,移动试样。

②物镜:电镜的最关键的部分,在分析电镜中,使用的皆为双物镜加辅助透镜,试样置于上下物镜之间，上物镜起强聚光作用，下物镜起成象放大作用,辅助透镜是为了进一步改善 场对称性

而加入的。.

③中间镜和投影镜:中间镜和投影镜和物镜相似,但焦距较长。

近代电镜一般都有两个中间镜、 两个投影镜。 30万倍以上成象时,物镜、两个中间镜和两个投影镜同时起放大作用。低倍时,关掉物镜,第一个中间镜对试样进行第一-次成象 ,这样因为物距

加长,加之改变投影镜的电流,总的放大倍数可在一千倍以下。

放大倍数

透射电子显微镜中, 物镜、中间镜,总的放大倍数就是各个透镜信倍率的乘积。

M=MoxM; xM ,式中: Mo--物镜放大倍率,数值在50-100范围; M; -- -中间镜放大倍率,数值在0-20范围; M--投影镜放大倍率 ,数值在100-150范围, 总的放大倍率M在1000-

200 , 000倍内连续变化。

(3)显象部分

这部分由观察屏和照相机组成。

2.真空系统

为了保证电子在整个通道中只与样品发生相互作用,而不与空气分子碰撞,因此,整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内。

如果真空度不够,就会出现下列问题:

(1)高压加不上去.

(2)成象衬度变差

(3)极间放电

(4)使钨丝迅速氧化,缩短寿命

电镜真空系统一般是由机械泵、油扩散泵、离子泵、阀门、真空测量仪和管道等部分组成。

3.供电系统

透射电镜需要两部分电源: -是供给电子枪的高压部分,二是供给电磁透镜的低压稳流部分。

透射电镜的主要性能

(1)分辨率

分辨率是透射电镜的最主要性能指标,它表征电镜显示亚显微组织、结构细节的能力。两种指标:

紛辦率-表示电镜所能分辨的两点之间的最小距离;

线分辨率一表示电镜所能分辨的两条线之间的最小距离,通常通过拍摄已知晶体的晶格象来测定,又称晶格分辨率。

(2)放大倍数

透射电镜的放大倍数是指电子图象对于所观察试样区的线性放大率。目前高性能透射电镜的放大倍数变化范围为100倍到100万倍。

(3)加速电压

电镜的加速电压是指电子枪的阳极相对于阴极的电压,它决定了电子枪发射的电子的波长和能量。

加速电压高,电子束对样品的穿透能力强,可以观察较厚的试样,同时有利于电镜的分辨率和减小电子束对试样的辐射损伤。

目前普通透射电镜的最高加速电压一般为100kV和200kV ,通常所说的加速电压是指可达到的最高加速电压。

透射电镜的样品制备

对样品的一般要求

(1)样品必须很薄,使电子束能够穿透, - -般厚度为100~200nm左右;

(2)样品需置于直径为2~3mm的铜制载网上,网上附有支持膜;

(3)样品应是固体,不能含有水分及挥发物;

(4)样品应有足够的强度和稳定性,在电子线照射下不至于损坏或发生变化;

(5)样品及其周围应非常清洁,以免污染。