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电子显微镜在材料研究中发挥的作用
1. 位错的观察证实了位错理论的正确性。（衍衬 像）
1940s后期, 金属薄膜(foil )的成功制备以及直接的TEM观察；Hirsch等人的电子 衍射与衍衬理论 《薄晶体的透射电子显微术 》
2. 准晶的发现扩展了晶体的范畴。（电子衍射）
1992年国际晶体学会重新研究晶体的定义： “晶体是指任何给出基本上有明确衍射图的固 体，而非周期性晶体是指无周期性的晶体”。
3.纳米碳管的发现引发了纳米材料研究的高潮。
（高分辨像）
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电子显微镜在材料研究中发挥的作用
总之，作为结构分析手段电子显微 镜具有高空间分辨率和能量分辨率，已 成为显微结构表征和微区成份分析不可 缺少的工具。电子显微镜在材料领域的 广泛应用，对于研究和开发新材料，特 别是纳米材料的开发具有非常重要的作 用。
m m0
1
v2 c2
（c-光速）
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二、电子波
加速电压-电子波长(表) （埃） 12.25
U
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三、电磁透镜
定义 一个由线圈、铁壳和极靴组成的，能 够由激励电流产生轴旋转对称静磁场 的系统。
作用 对电子束进行偏折、会聚。 在TEM中用磁场来使电子波聚焦成像的 装置。
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三、电磁透镜
电磁透镜的聚焦原理
1927年，汤普森(Thompson)电子衍射实验
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电子显微学发展历史简要介绍
1930-1933 鲁斯卡与Knoll 制造了第一 台电子显微镜。（1939西门子）
1931.5.28 M.RÜdenberg-向德、法、英等 国申请电子显微镜专利（凭理论推测）。
1932年12月和1936年10月获得法、英的批 准，1953年获得西德的批准。电子显微镜 一词首先出现在RÜdenberg的专利中。 1942年英国制成第一台实验室用扫描电镜， 1965年开始生产商品化扫描电镜。
第二节 电磁透镜的像差与分辨本领 第三节 电磁透镜的景深与焦长
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第一节 电子波与电磁透镜
一、光学显微镜的分辨率
分辨率：成像物体（试样）上能分辨出来的两个物
点间的最小距离。
光学显微镜的分辨率
0
1
2
：照明光源的波长
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光学显微镜的分辨率取决于照明光源的波长；
要提高显微镜的分辨率，关键需波长短且可以聚焦 的光源。
一、电磁透镜的像差 二、分辨本领 第三节 电磁透镜的景深与焦长
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第二节 电磁透镜的像差与分辨本领
第六章 电子光学基础
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电子显微学发展历史简要介绍
技术条件 理论基础
1897年，布劳恩（C.F.Braun）设计并制 成最初的示波管，这为电子显微镜的 诞生准备了技术条件。
1925年，de Broglie 波粒二象性理论
1926年，布施（H.Busch）发表有关磁聚 焦的论文，指出电子束通过轴对称电磁场时 可以聚焦，如同光线通过透镜时可以聚焦一 样，因此可以利用电子成象。这为电子显微 镜做了理论上的准备。
一束平行于主轴的入射 电子束通过电磁透镜时 将被聚焦在轴线上一点， 即焦点。
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三、电磁透镜
电磁透镜的聚焦原理
带有软磁铁壳的电磁透镜示意图
环状狭缝：大量磁力 线集中在狭缝附近的 狭小区域内，增强磁 场的强度。
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三、电磁透镜
电磁透镜的聚焦原理
带有极靴的电磁透 镜可使有效磁场集 中到沿透镜轴向几 毫米的范围之内。
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电子显微学发展历史简要介绍
1956年Menter得到酞氰铂和酞化氰铜的 点阵平面条纹像（1纳米）。
1967年Allpress和Sanders得到分辨率为 0.7纳米的氧化物的像。
1971年Iijima高分辨观察到氧化铌中金属 原子的分布（～0.3纳米），标志高分辨像 与晶体结构对应关系的产生。
目前，电子显微镜的分辨率接近0.1纳米。
用于材料结构表征电子显微方法
B 材料成份测定 •X-射线能谱； •电子能量损失谱。
C 磁畴结构的表征 •洛伦兹电子显微方法； •电子全息。
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第六章 电子光学基础
第一节 电子波与电磁透镜 第二节 电磁透镜的像差与分辨本领 第三节 电磁透镜的景深与焦长
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第六章 电子光学基础
第一节 电子波与电磁透镜 一、光学显微镜的分辨率 二、电子波分辨本领 三、电磁透镜
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三、电磁透镜
电磁透镜的特点
会聚透镜
11 1 f L1 L2
M f L1 f
其中：f-焦距；L1-物距；L2-像距；M-放大倍数。
可变焦：改变激磁电流I
可变倍率：改变激磁电流I
景深大
焦长长
小孔径角成像
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第六章 电子光学基础
第一节 电子波与电磁透镜 第二节 电磁透镜的像差与分辨本领
波长-比可见光小5个数量级（德布罗意）
电子波
0.0698~0.0370Å (U=30~100 kV)
聚焦-轴对称非均匀的磁场（布施）
1st TEM （鲁斯卡）
第一节 电子波与电磁透镜
二、电子波
电子显微镜的照明光源：电子波；
电子波的波长： h h
P mv
其中：P—动量；h-普朗克常数；m-电子的质量； -电子的速度
样品厚度 元素分布
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用于材料结构表征电子显微方法
A 晶体结构的表征
1.电子衍射
2. 电子显微像
• 透射电子衍射; • 反射电子衍射;
振幅（衍射）衬度像; 明场像; 暗场像；
• 会聚束电子衍射; （对中暗场像，弱束暗场像）
• 微束电子衍射。
高分辨像； Z-衬度像; 能量过滤像； 二次电子像； 电子全息。 8
电子枪的加速电压为U，电子的能量E=eU；
eU 1 mv2 e—电子所带电荷 2
v 2eU m
h
2meU
普朗克常数
h=6.62×10-34焦耳•秒
电子的静止质量 m=9.11 × 10-31千克 电子的电荷量 e=1.60 × 10-19库伦
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二、电子波
相对论修正
目前所使用的透射电子显微镜其电子枪的加速电 压一般都高于100千伏，这时需要对电子的能量 和静止质量m0引入相对论修正：
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电子显微学方法和获得的信息
方法 电子衍射 质（量）厚（度）衬
度像和高分辨像 X 射线能谱 电子能量损失谱 二次电子像 洛伦茨电子显微术 电子全息 Z-衬度像 能量过滤像
可获得信息 晶体对称性，晶体取
向，样品厚度 晶体缺陷，原子排列 元素种类，分布，样
品厚度 表面形态 磁畴结构，晶体势，