透射電鏡的原理|結構

　　透射電鏡，全稱透射電子顯微鏡。是利用高能電子束充當照明光源而進行放大成像的大型顯微分析設備，透射電鏡是一種具有高分辨率、高放大倍數的電子光學儀器，被廣泛應用于材料科學等研究領域。

透射電鏡的基本結構

　　透射電鏡由以下幾大部分組成：照明系統;成像光學系統;記錄系統;真空系統;電氣系統。

　　透射電鏡照明系統：

　　透射電鏡照明系統主要由電子槍和聚光鏡組成。電子槍是發射電子的照明光源。聚光鏡是把電子槍發射出來的電子會聚而成的交叉點進一步會聚后照射到樣品上。透射電鏡照明系統的作用就是提供一束亮度高、照明孔徑角小、平行度好、束流穩定的照明源。

　　透射電鏡成像系統：

　　透射電鏡成像系統主要由物鏡、中間鏡和投影鏡組成。

　　透射電鏡的物鏡是用來形成diyi幅高分辨率電子顯微圖像或電子衍射花樣的透鏡。透射電鏡分辨本領的高低主要取決于物鏡。因為物鏡的任何缺陷都被成像系統中其它透鏡進一步放大。欲獲得物鏡的高分辨率，必須盡可能降低像差。通常采用強激磁，短焦距的物鏡。物鏡是一個強激磁短焦距的透鏡，它的放大倍數較高，一般為100-300倍。目前，高質量的物鏡其分辨率可達0.1nm左右。

　　透射電鏡的中間鏡是一個弱激磁的長焦距變倍透鏡，可在0-20倍范圍調節。當M>1時，用來進一步放大物鏡的像;當M<1時，用來縮小物鏡的像。在透射電鏡操作過程中，主要是利用中間鏡的可變倍率來控制透射電鏡的放大倍數。

　　透射電鏡的投影鏡作用是把經中間鏡放大(或縮小)的像(電子衍射花樣)進一步放大，并投影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個短焦距的強磁透鏡。投影鏡的激磁電流是固定的。因為成像電子束進入投影鏡時孔鏡角很小(約10^-3rad)，因此它的景深和焦距都非常大。即使改變中間鏡的放大倍數，使透射電鏡的總放大倍數有很大的變化，也不會影響圖像的清晰度。有時，中間鏡的像平面還會出現一定的位移，由于這個位移距離仍處于投影鏡的景深范圍之內，因此，在熒光屏上的圖像仍舊是清晰的。

　　透射電鏡的觀察和記錄裝置：

　　透射電鏡的觀察和記錄裝置包括熒光屏和照相機構，在熒光屏下面放置一下可以自動換片的照相暗盒。照相時只要把熒光屏豎起，電子束即可使照相底片曝光。由于透射電鏡的焦長很大，雖然熒光屏和底片之間有數十厘米的間距，仍能得到清晰的圖像。

透射電鏡成像原理

　　透射電鏡與光學顯微鏡的成像原理基本一樣，所不同的是前者用電子束作光源，用電磁場作透鏡。由電子槍發射出來的電子束，在真空通道中沿著鏡體光軸穿越聚光鏡，通過聚光鏡將之會聚成一束尖細、明亮而又均勻的光斑，照射在樣品室內的樣品上;透過樣品后的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，樣品內致密處透過的電子量少，稀疏處透過的電子量多;經過透射電鏡的物鏡會聚調焦和初級放大后，電子束進入下級的中間透鏡和第1、第2投影鏡進行綜合放大成像，Z終被放大了的電子影像投射在觀察室內的熒光屏板上;熒光屏將電子影像轉化為可見光影像以供使用者觀察。

　　透射電鏡的成像原理可分為三種情況：

　　1、吸收像：當電子射到質量、密度大的樣品時，主要的成相作用是散射作用。樣品上質量厚度大的地方對電子的散射角大，通過的電子較少，像的亮度較暗。早期的透射電鏡都是基于這種原理。

　　2、衍射像：電子束被樣品衍射后，樣品不同位置的衍射波振幅分布對應于樣品中晶體各部分不同的衍射能力，當出現晶體缺陷時，缺陷部分的衍射能力與完整區域不同，從而使衍射波的振幅分布不均勻，反映出晶體缺陷的分布。

　　3、相位像：當樣品薄至10nm以下時，電子可以穿過樣品，波的振幅變化可以忽略，透射電鏡成像來自于相位的變化。在放大倍數較低的時候，透射電鏡成像的對比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成對電子的吸收不同而造成的。而當放大率倍數較高的時候，復雜的波動作用會造成成像的亮度的不同，因此需要專業知識來對所得到的像進行分析。通過使用透射電鏡不同的模式，可以通過物質的化學特性、晶體方向、電子結構、樣品造成的電子相移以及通常的對電子吸收對樣品成像。