透射电子显微镜(TEM)
透射电子显微镜(英文:Transmission electron microscopy),简称透射电镜,是一种利用加速和的电子束投非常薄的样品上,通过电子与样品中的原子碰撞改变方向,从而产生明暗不同的影像的仪器。其分辨率高达0.1~0.2nm,放大倍数为几万至百万倍,主要用于观察超微结构,即小于0.2µm、光学显微镜下无法看清的结构。
工作原理
透射电镜的成像原理与光学显微镜有异曲同工之妙,但二者所用的照明束和聚焦成像用的透镜截然不同。光学显微镜使用可见光作为照明束,而透射电镜则使用电子为照明束;光学显微镜中聚焦成像使用的是玻璃透镜,而透射电镜中则为磁透镜。由于电子波长极短,且与物质作用遵从布拉格方程,透射电镜具有高分辨率及结构分析功能。
成像原理详解
吸收像:当电子质量、密度大的样品时,样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大,通过的电子较少,像的亮度较暗。
衍射像:电子束被样品衍射后,样品中晶体各部分的衍射能力不同,从而反映出晶体缺陷的分布。
相位像:当样品薄至100Å以下时,电子可以传过样品,波的振幅变化可忽略,成像主要来自于相位的变化。
组件介绍
电子枪:发射电子的关键部件,由阴极、栅极和阳极组成,加速并加压电子束。
聚光镜:电子束,控制照明强度和孔径角。
样品室:放置待观察样品的空间,装有倾转台以改变试样角度,并配备加热、冷却等设备。
物镜:高倍短距透镜,主要作用是放大电子像,是决定透射电镜分辨能力和成像质量的关键。
还有如中间镜、透射镜等组件,共同协作以提供高质量的电子图像。
系统与功能
照明系统:分为电子枪和会聚镜两部分,确保电子束的稳定性和相干性。
成像系统:包括样品室、物镜等部件,形成并放大电子图像。
观察照相室:将电子图像反映在荧光屏上,并可进行照相记录。
真空系统:确保镜筒内的真空度,避免电子与气体分子的散射和电离问题。
供电控制系统:提供稳定的高压直流电源和透镜励磁电源,保证电镜的稳定运行和高质量成像。
附加功能与设备
现代高性能的透射电镜还配备了扫描附件、能谱仪、电子能量损失谱等先进设备,用于更深入的结构分析和研究。