变倍率：小于1时起缩小作用，大于1时起放大作用。 物平面可变：以物镜像平面或者以物镜后焦面为自
己 的物。中间镜光阑（选择区域做电子衍射） （4）投影镜：固定倍率透镜。
三. 图象观察、记录系统
荧光屏 照相室 CCD相机，显示器
透射电镜成像原理 电子束
晶体试样 物镜 物镜后焦面 原子像
晶体结构 电子衍射
照相室都必须置于真空系统之内，一般真空
度为
乇。
要求高真空的原因
(1) 电子枪处在高电压中几十KV—数千KV，若不真空，高 速运动的电子会与气体分子碰撞，造成能量损失会发生 高压放电现象，造成电子束不稳定，甚至高压加不上。
(2)电子枪阴极温度高达2200℃以上，若不真空，灯丝氧 化
(3)高能电子束照射在样品的微小区域内，高真空防止样品 污染。
1. 水冷套； 2.喷油嘴； 3.导流筒； 4.泵壳； 5.加热器
3.1.3 供电系统
透射电镜需要两部分电源
一. 供给电子枪的高压电源 二. 供给电磁透镜的低压稳流电源 电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重 要 的标志。对供电系统的主要要求是产生高稳定的 加速电压和高稳定的激磁电流。
冷却水系统
透射电镜对样品的要求
• 小而薄，无假象，无变形.
第3章 透射电子显微镜
JEM-2100 透射电子显微镜 H-800 透射电子显微镜
日本大阪大学 H-3000kV超高压 透射电镜，高11m， 重70T。
电磁透镜的结构
(a) 短线圈（铜线绕制）产生的非匀强磁场； (b) 用软铁把短线圈封闭起来，内壁开一个环形槽，
磁力线被集中在槽周围； (c) 再装上上、下极靴，减小等磁位面的宽度。
以上三条概括为：防止高压放电、灯丝氧化、样品污染。
真空的获得：一般采用两极串联、机械泵、扩 散泵（离子泵）联合抽气。
旋转式机械泵：抽低真空；
扩散泵 ：
高真空。
首先机械泵对整个系统抽真空，当真空度达到 10-1乇时，自动启动扩散泵（离子泵）与机械泵 联合抽气，当真空度达到10-4~10-6乇时可以维护 电镜正常工作。
电子束斑的光束细，直径可达到10nm以下， 较钨丝阴极（大于104nm）缩小了３个数量级；由 于发光效率高，它发出光斑的亮度能达到 109 A/cm2·s，较钨丝阴极（106 A/cm2·s ）提高了 ３个数量级。
工作时要求更高的真空度。 造价昂贵 ，使用寿命2000h。
照明系统
（1）电子枪 （2）聚光镜：会聚电子束，减小束斑。 （3）聚光镜光阑：进一步汇聚电子束。 （4）平移对中、倾斜装、物镜、中间镜、投影镜等组成
五级放大成像系统： 物镜 两个中间镜 两个投影镜
（1）样品室： （2）物镜：物镜是短焦距透镜，最佳分辨本领可达1埃。
物镜后焦面上放置一个活动光阑（减小球差， 提高衬度，实现明场像与暗场像的转换） （3）中间镜：变倍率、 物平面可变透镜
上下偏转线圈对电子束偏转的角度相同而方向相反，就
实现电子束的平移运动；上偏转线圈使电子束顺时针偏转θ 角，下偏转线圈使电子束逆时针偏转θ+β角，则电子束相对 于原来的方向倾斜了β角，而入射点位置不变。
阴极（接 负高压） 栅极（比阴极 负100-500伏）
阳极 电子束
聚光镜
聚光镜光阑
试样
照明部分示意图
物镜光阑
物镜像平面
物 物镜 衍射谱
一次像 中间镜
二次像 投影镜
• 三次像 （荧光屏）
（a）高放大率
选区光阑 （b）衍射
低放大率像
物镜关闭 无光阑
中间镜 （作物镜用）
.
第一实象 投影镜
（荧光屏）
普查象
3.1.2 真空系统
为了保证电子光学系统正常工作，即整个
电子通道中应处于高真空状态，从电子枪至
（2) 场发射型
冷场发射 热场发射
热电子发射电子枪
（1）阴极：发射电子。一般是由0.03-0.1毫米的 钨丝作成V或Y形状。阴极带有负高压。
（2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全， 一般都是阳极接地。
（3）栅极：控制、稳定电子束流大小。 阴极、阳极和栅极决定着电子发射的数目及其动能。
电子枪的构成
电子枪的工作原理
场发射式电子枪
由1个阴极和2个阳极构成，第1阳极上施 加稍低（相对第2阳极）的电压（几kV）， 用以将阴极上的自由电子吸拽出来，第2阳极 上施加极高电压（100kV甚至更高），将自 由电子加速到发射出电子束流的速度。
场发射式电子枪
几kV
几百kV
场发射式电子枪的优、缺点
旋 转 机 械 泵 剖 面 图
b. 扩散泵解析
工作过程：油蒸发—喷 射—凝结，重复循环。
由于射流过程具有高流 速(约200米/秒)、高密 度、高分子量(300— 500)，故能有效地带走 气体分子。
扩散泵不能单独使用， 一般采用机械泵为前级 泵，以满足出口压强(最 大40Pa)，如果出口压 强高于规定值，抽气作 用就会停止。
透射电子显微镜结构
基本结构
电子光学系统 真空系统 电源系统
3.1.1 电子光学系统
由三部分组成
照明系统 成像放大系统 图像观察记录系统
一.照明系统
组成：电子枪（电子源） 聚光镜 平移对中、倾斜装置
作用：提供高亮度、高稳定度、照明孔 径角小的光源。
1. 电子枪
（1）热电子发射型
钨灯丝 LaB6单晶灯丝
真空度的测量
真空度可以简单地用压力来测量。
低真空： 10-2~10-5大气压（10~10-2乇）
高真空： 10-6~10-9 大气压（10-3~10-6乇）
极高真空：10-9~10-12大气压 （10-6~10-9乇）
一个大气压=103乇（torr）
a 机械泵解析
工作过程： 吸气—压缩—排气。 机械泵油起润滑，密封和堵塞缝隙的作用。 机械泵不工作时，应使进气口处于大气状态，以防止返油。 由于极限压强较高， 常用做前级泵(预抽泵)。
真空系统用水 镜筒用水
计算机控制系统
3.2 透射电镜样品制备
对样品制备技术要求很严格，样品制备的好 坏影响到能否得出正确的结论。如果制不出合格 的样品，所有的观察分析就是一句空话，如果样 品出现假象而没被发现，那么就可能使分析误入 歧途，影响到观察分析的可信度及结论的正确性。 因此透射电镜样品制备是做好金属电子显微分析 工作最基础的一关。