透射電鏡,全稱透射電子顯微�,英文為TEM(Transmission electron microscopy�,是一種用于觀察和研究物質(zhì)微觀�(jié)�(gòu)的高分辨�、高放大倍數(shù)的電子光�(xué)儀器。透射電鏡�電子�、聚光鏡、樣品室�物鏡、中間鏡、透射鏡等組成,按照加速電壓可分為低壓透射電鏡、高壓透射電鏡和超高壓透射電鏡�
1958�,中國科�(xué)院長春光�(xué)精密機械研究所研制成功了我國臺透射電子顯微�,分辨率�(dá)2.5納米�20世紀(jì)70年代,透射電子顯微鏡的分辨率約�0.3納米(人眼的分辨本領(lǐng)約為0.1毫米�。透射電鏡是一種高分辨�、高放大倍數(shù)的顯微鏡,是材料科學(xué)研究的重要手段,能提供極微細(xì)材料的組織結(jié)�(gòu)、晶體結(jié)�(gòu)和化�(xué)成分等方面的信息。透射電鏡把經(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�(guān),因此可以形成明暗不同的影像。透射電鏡的分辨率�0.1�0.2nm,放大倍數(shù)為幾萬~幾十萬倍。由于電子易散射或被物體吸收,故穿透力�,必須制備更薄的超薄切片(通常�50�100nm�。其制備過程與石蠟切片相似,但要求極�(yán)��
透射電鏡由電子光�(xué)系統(tǒng)、真空系�(tǒng)和電子學(xué)系統(tǒng)三大部分組成�
(一)電子光學(xué)系統(tǒng)
電子光學(xué)系統(tǒng)即電鏡的鏡體,基本上是一個電子透鏡系統(tǒng),一端是電子�,另一端是觀察和記錄系統(tǒng),中間是安裝樣品的裝��
1.照明系�(tǒng)
由電子槍和聚光鏡組成。其作用是為成像系統(tǒng)提供一個亮度高、尺寸小、高�(wěn)定的照明電子��
電子槍是電鏡的照明源,由燈絲陰極、柵� (或稱韋氏圓筒)和加速陽極組成�
聚光鏡的作用是將來自電子槍的電子會聚到樣品上,通過它來控制照明電子束斑大小,電流密度和孔徑角�
2.成像系�(tǒng)
包括樣品�、物�、中間鏡和投射鏡(或兩個中間鏡或兩個投射鏡�(gòu)�4�5個透鏡系統(tǒng))�
?�?)樣品室:室�(nèi)有樣品臺,電鏡的樣品載于載網(wǎng)�,載�(wǎng)放在樣品�(或稱樣品�)上�
?�?)物鏡:其作用是形成樣品的級放大像和通過�(diào)節(jié)物鏡線圈的激勵電�,相�(yīng)地改變物鏡的焦距從而對像�(jìn)行聚�。物鏡是電鏡的最�(guān)鍵部分,由它獲得幅具有一定分辨本�(lǐng)的電子放大像。物鏡中任何缺陷都將被成像系�(tǒng)其他透鏡�(jìn)一步放�。因此,電鏡的分辨本�(lǐng)主要取決于物鏡的分辨本領(lǐng)�
�3)中間鏡和投射鏡:中間鏡的作用是把物鏡形成的一次放大像或衍射花樣投射到投射鏡的物平面上,再由投射鏡放大投射到熒光屏上而獲得終��
投射鏡的作用是把中間鏡形成的二級放大像再放大投射到熒光屏上,從而形成終��
3.像的觀察和記錄系統(tǒng)
在投射鏡下面是像的觀察和記錄系統(tǒng)�
在熒光下面是照相暗盒,它和電磁快門、曝光表組成像的記錄系統(tǒng),用于把終像拍攝記錄下來?,F(xiàn)代透射電鏡一般還配備有CCD相機,實�(xiàn)�(shù)字化成像,結(jié)合相�(guān)的軟件還可以�(jìn)行圖像的分析處理�
透射電鏡的原理是由照明部分提供的有一定孔徑角和強度的電子束平行地投影到處于物鏡物平面處的樣品上,通過樣品和物鏡的電子束在物鏡后焦面上形成衍射振幅極大�,即幅衍射譜。這些衍射束在物鏡的象平面上相互干涉形成幅反映試樣為微區(qū)特征的電子圖象。通過聚焦(調(diào)節(jié)物鏡激磁電流),使物鏡的象平面與中間鏡的物平面相一�,中間鏡的象平面與投影鏡的物平面相一�,投影鏡的象平面與熒光屏相一�,這樣在熒光屏上就察觀到一幅經(jīng)物鏡、中間鏡和投影鏡放大后有一定襯度和放大倍數(shù)的電子圖�。由于試樣各微區(qū)的厚�、原子序�(shù)、晶體結(jié)�(gòu)或晶體取向不同,通過試樣和物鏡的電子束強度產(chǎn)生差�,因而在熒光屏上顯現(xiàn)出由暗亮差別所反映出的試樣微區(qū)特征的顯微電子圖�。電子圖象的放大倍數(shù)為物鏡、中間鏡和投影鏡的放大倍數(shù)之乘�,即M=M?!r·Mp�
1.按照加速電壓分�
透射電鏡按照加速電壓可分為低壓透射電鏡、高壓透射電鏡和超高壓透射電鏡�
加速電壓在200KV以下的是低壓透射電鏡,在200KV-400KV(包含)之間的是高壓透射電鏡,加速電壓在400KV以上的是超高壓透射電鏡�
2.按照照明系統(tǒng)分類
透射電鏡按照照明系統(tǒng)可分為普通透射電鏡和場�(fā)射透射電鏡�
3.按照成像系統(tǒng)分類
透射電鏡按照成像系統(tǒng)可分為低分辨透射電鏡和高分辨透射電鏡�
4.按照記錄方式分類
常用的透射電鏡按照記錄系統(tǒng)分為攝像型透射電鏡和CCD型透射電鏡�
隨著科技的發(fā)�,人們對透射電子顯微鏡的使用要求越來越高,透射電鏡仍在不斷�(fā)�。常�(guī)的透射電鏡的球差系�(shù)Cs和色差系�(shù)Cc分別約為mm�,德國科�(xué)家利用計算機技�(shù)實現(xiàn)了對磁透鏡�(jìn)行球差矯�,可以實�(xiàn)零球�,以及負(fù)球差,從而大大提高了透射電鏡的空間分辨本�(lǐng),通過在電子束照明光源上加裝單色儀,可以大大提高電鏡的能量分辨�,目前的點分辨率得到大大提高,可以達(dá)到亞埃級�(<1?)。觀察樣品中的單個原子像,始終是科學(xué)界長期追求的目標(biāo)。人們預(yù)�,當(dāng)材料的尺度減少到納米尺度�,其材料的光、電等物理性質(zhì)和力�(xué)性質(zhì)可能具有獨特�。因此,納米顆粒、納米管、納米絲等納米材料的制備,以及其�(jié)�(gòu)與性能之間�(guān)系的研究成為人們十分關(guān)注的研究熱點。由于電子顯微鏡的分析精度逼近原子尺度,所以利用場�(fā)射槍球差校正透射電鏡,用直徑�0.13nm的電子束,不僅可以采集到單個原子的Z-襯度�,而且還可采集到單個原子的電子能量損失�。即電子顯微鏡可以在原子尺度上可同時獲得材料的原子和電子�(jié)�(gòu)信息。利用球差校正電子顯微鏡還可以對缺陷如位錯的核心�(jìn)行成�,對人們重新認(rèn)識缺陷對性能的影響提供幫��
通過樣品臺的�(shè)�,可以在透射電鏡下對材料�(jìn)行加�,通電和外加應(yīng)力等�,實�(xiàn)對材料在實際服役條件下的行為的觀�,從而為人們設(shè)計材�、改良材料提高更加直接的證據(jù)。通過對透射電鏡的真空�(jìn)行改�(jìn),可以在透射電鏡下對樣品通氣�,觀察材料與氣體分子的反�(yīng),實�(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的原子尺度的觀察,也可實現(xiàn)固體材料與液體的反應(yīng)過程的觀察�
總之,透射電子顯微鏡的功能越來越強�,應(yīng)用越來越廣泛�