透射電鏡工作原理

　　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。

透射電鏡是什么

　　透射電鏡是以波長極短的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨率、高放大倍數的電子光學儀器。透射電鏡是把經加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上(片狀<100nm，顆粒<2um)，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。圖片的明暗不同(黑白灰)與樣品的原子序數、電子密度、厚度等相關。成像方式與光學顯微鏡相似，只是以電子代替光子，電磁透鏡代替玻璃透鏡，放大后的電子像在熒光屏上顯示出來。

　　透射電鏡按加速電壓分類，通?？煞譃槌Ｒ庪婄R(100kV)、高壓電鏡(300kV)和超高壓電鏡(500kV以上)。提高加速電壓，可提高入射電子的能量，一方面有利于提高電鏡的分辨率;同時又可以提高對試樣的穿透能力。

透射電鏡的工作原理

　　透射電鏡是把經加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件(如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件)上顯示出來。

　　由于電子的德布羅意波長非常短，透射電鏡的分辨率比光學顯微鏡高的很多，可以達到0.1～0.2nm，放大倍數為幾萬～百萬倍。因此，使用透射電鏡可以用于觀察樣品的精細結構，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結構，比光學顯微鏡所能夠觀察到的Z小的結構小數萬倍。透射電鏡在中和物理學和生物學相關的許多科學領域都是重要的分析方法，如癌癥研究、病毒學、材料科學、以及納米技術、半導體研究等等。

　　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TEM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。

　　透射電鏡的成像原理可分為三種情況：

　　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。

　　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。

　　相位像：當樣品薄至100?以下時，電子可以穿過樣品，波的振幅變化可以忽略，成像來自于相位的變化。

透射電鏡的構成

　　透射電鏡系統由以下幾部分組成：

　　電子槍：發射電子，由陰極、柵極、陽極組成。陰極管發射的電子通過柵極上的小孔形成射線束，經陽極電壓加速后射向聚光鏡，起到對電子束加速、加壓的作用。

　　聚光鏡：將電子束聚集，可用已控制照明強度和孔徑角。

　　樣品室：放置待觀察的樣品，并裝有傾轉臺，用以改變試樣的角度，還有裝配加熱、冷卻等設備。

　　物鏡：為放大率很高的短距透鏡，作用是放大電子像。物鏡是決定透射電鏡分辨能力和成像質量的關鍵。

　　中間鏡：為可變倍的弱透鏡，作用是對電子像進行二次放大。通過調節中間鏡的電流，可選擇物體的像或電子衍射圖來進行放大。

　　透射鏡：為高倍的強透鏡，用來放大中間像后在熒光屏上成像。

　　此外透射電鏡還有二級真空泵來對樣品室抽真空、照相裝置用以記錄影像。