Transcript 第30节实验课透射电镜的结构与组织观察

材料电子显微分析
第30节 实验课：透射电镜的结
构与组织观察
燕山大学
材料电子显微分析
一.试验目的
•
1.结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以
加深对透射电镜结构的整体印象，加深对透射电镜工
作原理的了解。
•
2.掌握透射电镜的基本工作模式：成像模式和衍射模
式。
•
3.选用合适的样品，通过明暗场像操作的实际演示，
了解明暗场成像原理。
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二.透射电镜的基本结构和成像原理
透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用
电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光
学仪器。它由电子光学系统（镜筒）、电源和控制系统、真
空系统三部分组成。
1.电子光学系统
电子光学系统通常又称为镜筒，是电镜的最基本组成
部分，是用于提供照明、成像、显像和记录的装置。整个
镜筒自上而下顺序排列着电子枪、双聚光镜、样品室、物
镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏及照相室等。通常
又把电子光学系统分为照明、成像和观察记录部分。其中
成像系统是核心。
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成像系统各部件
• 1）物镜：强激磁短焦透镜,放大倍数100—300倍。
•
作用：形成第一幅放大像，决定了透射电镜分辨率的高低。
• 2）物镜光栏：装在物镜背焦面，直径20—120um。
•
作用：a.提高像衬度（像衬光栏）。b.减小孔径角，从而减
小像差。c.进行暗场成像。
• 3）选区光栏：装在物镜像平面上，直径20-400um。
•
作用：对样品进行选区衍射分析。
• 4）中间镜：长焦距弱激磁透镜，放大倍数可调节0—20倍。
•
作用：a. 控制电镜总放大倍数。b. 成像/衍射模式选择。
• 5）投影镜：短焦、强磁透镜，进一步放大中间镜的像。
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显微镜原理对比图
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2.真 空 系 统
镜筒内部需处于高真空(10-2～10-6Pa)的原因：
• 避免电子与气体分子相碰撞而散射，提高电子的平均自由程
(>1米)。
• 避免电子枪的高压放电，并可延长灯丝寿命(免氧化)。
• 避免试样被污染。
真空系统主要包括真空泵（机械泵、扩散泵和离子泵）、真空
硅和真空阀。
3.电器系统（供电系统）
加速电压和透镜磁电流不稳定将会产生严重的色差及
降低电镜的分辨本领。所以加速电压和透镜电流的稳定度
是衡量电镜性能好坏的一个重要标准。
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电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速
地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。
由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有
差别，使电子束透过样品时发生部分散射，其散射结果使
通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别，经过物镜聚焦放
大在其像平面上，形成第一幅反映样品微观特征的电子像。
然后再经中间镜和投影镜两级放大，投射到荧光屏上对荧
光屏感光，即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光
强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅具有一
定衬度的高放大倍数的图像。
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• 三、实验仪器
JEM-2010型透射电子显微镜
JEM-2010高分辨型透射电子显微镜，是日本电子公司
的产品。它的主要性能指标是：晶格分辨率0.14nm；点分
辨率0.23nm；最高加速电压200KV；放大倍数2,000～
1,500,000；样品台种类有：单倾、双倾。JEM-2010还配
有CCD相机，牛津公司的能谱仪（EDS），美国GATAN公司
的能量损失谱仪（EELS）。
可观察的试样种类：复型样品；金属薄膜、粉末试样；
玻璃薄膜、粉末试样；陶瓷薄膜、粉末试样。
主要功能：JEM-2010属于高分辨型透射电镜，可以进
行高分辨图像观察，位错组态分析；第二相、析出相结构、
形态、分布分析；晶体位向关系测定等。CCD相机可以实
现透射电子图像的数字化。能谱仪及能量损失谱仪可以获
得材料微区的成分信息。
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四.透射电镜的应用
• 材料的显微组织结构分析：金属样品典型组织为马氏体、
珠光体、贝氏体、碳化物
• 缺陷分析：典型晶体缺陷为：位错、层错、晶界
• 高分辨
非金属样品主要是纳米粉末，陶瓷
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低温贝氏体结构
珠光体结构
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板条马氏体结构
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钢中碳化物
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析出相的电子衍射
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纳米晶明场
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纳米晶暗场
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位错
层错
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孪晶的高分辨
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铝合金的高分辨
粉末纳米颗粒
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五.实验报告要求
• 1.简述透射电镜的基本结构。
• 2.熟悉透射电镜的基本构造和工作原理，简述电子光学
系统的组成和各组成部分的作用。
• 3.了解透射电镜明场、暗场的操作过程。
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