電鏡的成像原理-透射電鏡成像原理1

古來聖賢皆寂寞發表於2018-12-13

一:透射電鏡的簡介

1.1概念及簡史

概念:透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)是以波長極短的電子束作為照明源,用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨本領、高放大倍數的電子光學儀器。 簡史: 1933年,德國科學家盧斯卡(Ruska)和克諾爾(Knoll)研製出了世界上第一臺透射電鏡,到今天,透射電鏡已經誕生了70多年,由電鏡應用而形成的交叉性學科——電子顯微學已經日趨完善,電鏡的分辨能力也比最初時提高了超過100倍,達到了亞埃級,並且在自然科學研究中起到日益重要的作用。

1.2解析度:為什麼採用電子束做為光源?

1.2.1自然光與電子束的波長 可見光的波長在390~760nm 電子波長:

 

取V=100kV,理論得到電子波長為0.0037nm

1.2.2顯微鏡的解析度

通常人眼的分辨本領大概是0.2mm(即人眼可分辨的兩點間最小距離 為0.2mm) 顯微鏡可分辨的兩點間的最小距離,即為顯微鏡的解析度

λ是照明束波長,α是透鏡孔徑半形,n 是物方介質折射率,n·sinα或N·A稱為數值孔徑。也就是說孔徑半形大,介質折射率大,波長小,解析度就越高。

採用物鏡的孔徑角接近90度 考慮採用可見光波長極限390nm的光束照明顯微鏡系統,可得d 約為200nm 對於TEM在100kV加速電壓下,波長0.0037nm,d約為0.002nm,目前電子顯微鏡達不到其理論極限解析度,最小解析度達到0.1nm

 

1.2.3有效放大倍數 光學顯微鏡必須提供足夠的放大倍數,把它能分辨的最小距離放大到人眼能分辨的程度。相應的放大倍數叫做有效放大倍數,它可由下式來確定:

 

 

光學顯微鏡的有效放大倍數

透射電鏡的有效放大倍數

由上面公式可以直接得出,光學顯微鏡的有效放大倍數遠小於透射電鏡。 電子影象的放大倍數為物鏡、中間鏡和投影鏡的放大倍數之乘積,即M=M.Mr.Mp。

 

1.3分類

透射電子顯微鏡(簡稱透射電鏡,TEM)可以以幾種不同的形式出現: 高分辨透鏡(HRTEM):JEM2100,點解析度:0.23 nm,晶格解析度:0.14 nm,最小束斑尺寸0.5nm 透射掃描電鏡(STEM): 利用磁透鏡將電子束聚焦到樣品表面並在樣品表面快速掃描,通過電子穿透樣品成像,既有透射電子顯微鏡功能,又有掃描電子顯微鏡功能的一種顯微鏡。 分析型電鏡(AEM):JEM2010HF,點解析度: 0.25 nm,晶格解析度: 0.19 nm,最小束斑尺寸1.5nm


 

 

 

 二:基本構造及各部分結構原理

 

 

 

圖1.透射電鏡電子光學部分基本構造示意圖


 

照明系統

照明系統主要由電子槍和聚光鏡組成。它的作用:為成像系統提供一束亮度高、相干性好的照明光源;選擇照明方式(明場或暗場成像)。

 

 2018-12-1310:48:28

 

 

 

 

 

 

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