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a b c TEM images of Cu-Ni/GO catalyst at (a) low magnification, (b) high magn ification and (c) SAED image of Cu-Ni/GO. 中山大学环境材料研究所 SBS OsO4 染色 中山大学环境材料研究所 透射电镜-----衬度 二、衍射衬度 • 由于晶体试样满足布拉格反射条件程度差异以及结构 振幅不同而形成电子图象反差。此种衬度被称为衍射 衬度，简称“衍衬”。它仅属于晶体结构物质，对于非 晶体试样是不存在的。 中山大学环境材料研究所 透射电镜-----衬度 • 明场:光栏孔只让透射束通过,荧光屏上亮的区域是透射区 • 暗场:光栏孔只让衍射束通过,荧光屏上亮的区域是产生衍射的晶 体区 中山大学环境材料研究所 明场 暗场 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----特点 以电子束作为照明源，把聚焦得很细的电子束以光栅状 扫描方式照射到试样上，产生各种与试样性质有关的信 息P12，然后加以收集和处理从而获得微观形貌放大像。 特点：1、仪器分辨本领较高。二次电子像分辨本领可 达1.0nm(场发射),3.0nm(钨灯丝)； 2、图像景深大，比TEM大10倍，富有立体感。可直接 观察起伏较大的粗糙表面 3、放大倍数范围广，从十几倍到几十万倍，几乎覆盖 了光学显微镜和TEM的范围 3、比透射电子显微镜（TEM）的制样简单，样品直径 可达10cm； 4、可做综合分析 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----结构与原理 • 扫描电子显微镜由电子光学系统、 信号收集及显示系统、真空系统及 电源系统组成。 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----电子光学系统 电子枪 电 子 光 学 系 统 ---利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高 能量的电子束 电磁透镜 ---电子枪的束斑逐渐聚焦缩小，使原来 直径约50m的束斑缩小成一个只有数nm 的细小束斑。 扫描线圈 ---提供入射电子束在样品表面上以及 阴极射线管内电子束在荧光屏上的同步 扫描信号 样品室 ---空间较大，一般可放置20×10 mm的 块状样品。样品台沿X、Y及Z三个方向平移， 在水平面内旋转或沿水平轴倾斜。还安置备 种信号检测器。 中山大学环境材料研究所 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----放大倍数（magnification） • 当入射电子束作光栅扫描时，若电子束在样品 表面扫描的幅度为AS，在荧光屏上阴极射线同 步扫描的幅度为AC，则扫描电子显微镜的放大 倍数为： AC M AS • 由于扫描电子显微镜的荧光屏尺寸是固定不变 的，因此，放大倍率的变化是通过改变电子束 在试样表面的扫描幅度AS来实现的。 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----分辨率（resolution） 分辨率取决于入射电子束直径，电子束直径愈小，分 辨率愈高。但分辨率并不直接等于电子束直径，因为 入射电子束与试样相互作用会使入射电子束在试样内 的有效激发范围大大超过入射束的直径。 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----分辨率（resolution） • 俄歇电子和二次像分 辨率 5-10nm • 背散射电子像分辨率 一般为50-200 nm 。 • 特征x射线分辨率 100 －1000nm • 分辨率还受样品原子 序数、信噪比、杂散 磁场、机械振动等因 素影响。 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----样品制备 1、块状试样制备 将试样大小制成不得超过仪器规定（如试样直径最 大为φ25mm，最厚不超过20mm 等），注意： 1）为减轻仪器污染和保持良好的真空，试样尺寸 要尽可能小些。 2）切取试样时，要避免因受热引起试样的塑性变 形，或在观察面生成氧化层。要防止机械损伤或引 进水、油污及尘埃等污染物。 3）非导电样品要喷金 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----样品制备 粉末状试样的制备 首先在载物盘上粘上导电胶，然后取少量粉末试样在胶 带上的靠近载物盘圆心部位，然后用吹气橡胶球朝载物 盘径向朝外方向轻吹 。 溶液试样的制备 一般采用薄铜片作为载体。首先，在载物盘上粘上 导电胶带，然后粘上干净的薄铜片，然后把溶液小心 滴在铜片上，等干了（一般用台灯近距离照射10分钟） 之后观察析出来的样品量是否足够，如果不够再滴一 次，等再次干了之后就可以蒸金了。 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----衬度原理 表面形貌衬度 是由于试样表面形貌差别而形成的衬度。利用对试样 表面形貌变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号， 可以得到形貌衬度图像。 二次电子信号主要来自样品表层5-l0 nm深度范围，它 的强度与原子序数没有明确的关系，而仅对微区表面相 对于入射电子束的位向十分敏感。 中山大学环境材料研究所 表面形貌衬度 • 入射电子束与试样表面法线间夹角愈大，二次电子产 额愈大 中山大学环境材料研究所 表面形貌衬度 中山大学环境材料研究所 SEM images of Cu-Ni/EG catalyst 中山大学环境材料研究所 2．断口形貌观察 中山大学环境材料研究所 4．纳米结构材料形态观察 中山大学环境材料研究所 扫描电镜-----衬度原理 原子序数衬度 • 由于试样表面物质原子序数（或化学成分）差别而形 成的衬度。利用对试样表面原子序数（或化学成分） 变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得 到原子序数衬度图像。 • 背散射电子像、吸收电子像的衬度都含有原子序数衬 度. • 背散射电子能量较高．离开样品表面后沿直线轨迹运 动。故检测到的信号强度远低于二次电子，因而粗糙 表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。为此， 对于显示原子序数衬度的样品，应进行磨平和抛光， 但不能浸蚀。 中山大学环境材料研究所 原子序数衬度像 背散射电子像中重元素区域在图像上是亮区，而轻元 素在图像上是暗区。 中山大学环境材料研究所 电子探针X射线显微分析 • 电子探针X射线显微分析（简称电子探针显微分析） （Electron Probe Microanalysis，简称EPMA）是一 种显微分析和成分分析相结合的微区分析，它特别适 用于分析试样中微小区域的化学成分，因而是研究材 料组织结构和元素分布状态的极为有用的分析方法。 • 电子探针镜筒部分的结构大体上和扫描电子显微镜相 同，只是在检测器部分使用的是X射线谱仪，专门用 来检测X射线的特征波长或特征能量，以此来对微区 的化学成分进行分析。 中山大学环境材料研究所 电子探针X射线显微分析 • 常用的X射线谱仪有两种： • 一种是利用特征X射线的波长不同来展谱，实现 对不同波长X射线分别检测的波长色散谱仪，简 称波谱仪（Wavelength Dispersive Spectrom eter，简称WDS） • 另一种是利用特征X射线能量不同来展谱的能量 色散谱仪，简称能谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，简称EDS）。 中山大学环境材料研究所 • 波谱仪WDS与能谱仪EDS的性能比较 1) 能量分辨本领 EDS的最佳能量分辨本领为149eV，WDS的能量分辨本领为0. 5nm，相当于5-10eV，可见WDS的成分分辨本领高。 2) 分析速度 EDS可在同一时间内对分析点内的所有X射线光子的能量进行检 测和计数，仅需几分钟时间可得到全谱定性分析结果；而WDS只 能逐个测定每一元素的特征波长，一次全分析往往需要几个小时。 3) 分析元素的范围 WDS可以测量铍(Be)-铀(U)之间的所有元素，EDS以前只能分析 Na以上的元素。 现在也可以分析从铍(Be)-铀(U)的所有元素 中山大学环境材料研究所 4) 可靠性 EDS结构简单，数据的稳定性和重现性好。但WDS的 定量分析误差（1-5%）远小于EDS的定量分析误差（2 -10%）。 5) 样品要求 WDS在检测时要求样品表面平整，以满足聚焦条件。 EDS对样品表面无特殊要求，适合于粗糙表面的成分 分析。 6)运行成本 EDS小而快，定性为主； WDS大而慢， 精确定量为主。 中山大学环境材料研究所 中山大学环境材料研究所 电子探针仪的分析方法及应用 (1) 定点定性分析 • 定点定性分析是对试样某一选定点（区域）进 行定性成分分析，以确定该点区域内存在的元 素。 • 其原理如下：用光学显微镜或在荧光屏显示的 图像上选定需要分析的点，使聚焦电子束照射 在该点上，激发试样元素的特征X射线。 • 用谱仪探测并显示X射线谱。根据谱线峰值位置 的波长或能量确定分析点区域的试样中存在的 元素。 中山大学环境材料研究所 微区成分分析 温石棉纤维 中山大学环境材料研究所 (2) 线扫描分折 • 使聚焦电子束在试样观察区内沿一选定直线（穿越粒子或界面） 进行慢扫描，X射线谱仪处于探测某一元素特征X射线状态。显 像管射线束的横向扫描与电子束在试样上的扫描同步，用谱仪 探测到的X射线信号强度（计数率）调制显像管射线束的纵向 位置就可以得到反映该元素含量变化的特征X射线强度沿试样 扫描线的分布。 中山大学环境材料研究所 (3) 面扫描分析 聚焦电子束在试样上作二维光栅扫描，X射线谱仪处于能探测某一元 素特征X射线状态，用谱仪输出的脉冲信号调制同步扫描的显像管亮 度，在荧光屏上得到由许多亮点组成的图像，称为X射线扫描像或元 素面分布图像。试样每产生一个X光子，探测器输出一个脉冲，显像 管荧光屏上就产生一个亮点。若试样上某区域该元素含量多，荧光屏 图像上相应区域的亮点就密集。根据图像上亮点的疏密和分布，可确 定该元素在试样中分布情况。 中山大学环境材料研究所