透射电子显微镜结构.ppt

关于透射电子显微镜结构
第1页，讲稿共92张，创作于星期三
第五章 透射电子显微镜结构
引言
，要观察更微小的细节，必须借助于观察仪器。显微镜的发明为人类观察和认识微观世界提供了可能。它的基光学显微镜最高分辨率为200nm左右。
TEM
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一般，，光学显微镜使人眼分辨率提高了1000倍，称为有效放大倍数。所以光学显微镜放大倍数在1000 ~1500，再高的放大倍数对提高分辨率没有实际贡献（仅仅是放大图像的轮廓，对图像细节没有作用）。
问题：如何再次提高分辨率？
由 知，提高分辨率的关键是降低照明源的波长。
TEM
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电子波波长
电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，即
电子运动速度v和加速电压间关系为：
波长短
折射、聚焦成像
电子波
TEM
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综合得电子波波长为：
由上式可以看出，电子波波长λ与加速电压U成反比，U越高，电子运动速度v越大，λ越短。
当电子速度较低时，m接近电子静止质量m0；当电子速度较高时，电子质量需要经过相对论校正，即
TEM
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不同加速电压下的电子波波长见表5-1。目前TEM常用加速电压在100kV~1000kV， ~ 。比可见光短了约5个数量级。
问题：电子波波长很短，按照极限分辨率公式，电子显微镜的分辨率应该比可见光高很多的，，仅比可见光高出3个数量级，为什么？
电磁透镜
TEM
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电磁透镜
电子波经过非均匀电场和磁场时产生会聚和发散，达到成像的目的。电子波发生聚焦的装置称为电子透镜，分为两类：静电透镜和磁透镜。后者根据所用磁场的不同又可分为恒磁透镜和电磁透镜。
TEM
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静电透镜
由两个同轴圆筒电极构成，两电极电位不同，之间形成一系列弧形等电位面，电子束沿圆筒轴线进入圆筒内受电场力作用在等电位面处发生折射并会聚成一点。
TEM中的电子枪
就是一个静电透镜。
+
-
TEM
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电磁透镜
⒈电磁透镜聚焦成像原理
电磁透镜是采用电磁线圈激励产生磁场的装置。电子束在电磁线圈中的运动轨迹是一条圆锥螺旋曲线。
TEM
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当电子沿线圈轴线运动时，运动方向与磁感应方向一致不受力，电子以直线运动通过线圈；当电子偏离轴线运动时，受磁场力作用发生偏转，最后聚焦在轴线的一点。
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电子进入磁场时，将受到磁场强度径向分量Br作用，产生切向力Ft，使电子得到切向速度vt， vt又与Bz叉乘的到Fr（径向力），使电子向主轴偏转。经过透镜后， Br方向改变， Ft反向，但只使vt变小，不会改变方向，因此电子穿过线圈后仍向主轴靠近，最终形成螺旋线状聚焦。
TEM
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2、电磁透镜结构
电磁线圈：产生磁力线
软铁壳：提高磁力线密
集程度，从而提高磁感应强度，增大对电子折射能力
极靴：使磁场强度有效集中在狭缝几毫米范围内。
TEM
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有极靴
B（z）
有铁壳无极靴
无铁壳
电磁透镜
由图可见，有极靴的电磁透镜，其中心磁感应强度远高于无极靴和纯线圈。
纯线圈
带铁壳
带极靴
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电磁透镜成像时满足光学透镜成像基本公式，即物距u、像距v和焦距 f 满足下式：
对于电磁透镜，其焦距 f 是可以改变的，f 常用近似公式为：
式中K为常数；Ur是经相对论校正的电子加速电压；IN是线圈的安匝数。
改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜焦距。且电磁透镜焦距 f 总为正的，表明电磁透镜只有凸透镜，不存在凹透镜。
TEM
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电磁透镜的像差及其对分辨率的影响
根据 知，光学透镜其最佳分辨率为波长一半，而对于电磁透镜远远达不到。以H-800电镜为例，加速电压为200kV时，，。
电磁透镜分辨率除了受衍射效应影响外，还受到像差影响，降低了透镜的实际分辨率，使其远低于半波长。
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