材料现代研究方法(13透射电镜) (NXPowerLite)

透射电子显微镜的成像原理光学显微镜分辨率：可以分辨的两个点的最短距离称为显微镜的分辨率，或称分辨本领，Δr~λ/2可见光波长范围为390-760nm；分辨率：一般不超过200nm。电子显微镜电子的波长：与加速电压有关：100kV：0.0037nm200kV：0.00251nm透射电子显微镜的发展1924年得布罗意（deBroglie）提出波粒二象性假说1926年布什（Busch）发现了旋转对称，不均匀的磁场可以聚焦电子束1933年柏林大学的克诺尔(Knoll)和卢斯卡(Ruska)研制出第一台电镜（点分辨率达到50nm）1939年德国西门子公司生产出第一批商用透射电镜（点分辨率10nm）1950年开始生产高压电镜（点分辨率优于0.3nm，晶格条纹分辨率优于0.14nm）1956年门特(Menter)发明了多束电子成像方法，开创了高分辨电子显微术电子显微镜的诞生，首先在医学生物上得到应用，随后用于金属材料研究。1949年海登莱西（Heidenreich）第一个用透射电镜观察了用电解减薄的铝试样；50年代开始，电镜直接观察到位错层错等以前只能在理论上描述的物理现象；1970年日本学者首次用透射电镜直接观察到重金属金的原子近程有序排列，实现了人类两千年来直接观察原子的夙愿。透射电子显微镜的发展AdvantageTEMistheonlytechniquethatwillallowthedeterminationoftheBurgersvector.TEMcanalsoprovideatomicscaleresolution.DisadvantageTEMisanexpensiveanddestructivetechnique.Somematerialsaresensitivetoelectronbeamradiation,resultinginalossofcrystallinityandmass.Samplepreparationisverytimeconsuming,sampledimensionsmall(3mmdiameter,lessthan100nmthick.)透射电子显微镜的结构电子显微镜由镜筒、真空系统和电源柜三部分组成。镜筒主要有电子枪、电磁透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件。电磁透镜A：铁壳，B：螺旋管线圈，C：一对中间嵌有黄铜的极靴ABC这种线圈产生的磁场有几个特点：1.轴对称磁场，2.非均匀磁场，3.磁力线不和线圈平行，中间部分的磁场比两边的强。运动电子在磁场中受到Lorentz力作用，其表达式为：e:运动电子电荷；v:电子运动速度矢量；B:磁感应强度矢量；F:洛仑兹力。电子显微镜电子的波长：100kV：0.0037nm200kV：0.00251nm到目前为止，电镜的最佳分辨率仍停留在1-2A的水平，这是因为电磁透镜存在球差，像散及色差等各种缺陷----像差。电子显微镜的光路透射电子显微镜的成像原理透射电子显微镜中，物镜、中间镜，透镜是以积木方式成像，即上一透镜的像就是下一透镜成像时的物，也就是说，上一透镜的像平面就是下一透镜的物平面，这样才能保证经过连续放大的最终像是一个清晰的像。在这种成像方式中，如果电子显微镜是三级成像，那么总的放大倍数就是各个透镜倍率的乘积。M=M0.Mi.MpM0--物镜放大倍率，数值在50-100范围；Mi---中间镜放大倍率，数值在0-20范围；Mp--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。透射电镜的成像方式a)显微成像b)衍射花样成像DislocationsinNi-basesuperalloyThemicrographshowsthedislocationstructurefollowingcreep,withdislocationsloopingaroundtheparticles位错运动的动态电子显微镜观察