透射電鏡，全稱透射電子顯微鏡，是用于觀察組織細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的大型精密電子儀器，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)研究領(lǐng)域，成為研究細(xì)胞生物學(xué)、組織學(xué)、病理學(xué)、解剖學(xué)以及臨床病理診斷的重要工具之一。

透射電鏡的結(jié)構(gòu)

透射電鏡是以波長(zhǎng)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(shù)的電子光學(xué)儀器。它由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源與控制系統(tǒng)及真空系統(tǒng)三個(gè)部分組成。透射電鏡的核心是電子光學(xué)系統(tǒng)，通常稱為鏡筒，它分為三個(gè)部分，即照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)。

在透射電鏡中，照明系統(tǒng)的中的電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過(guò)多級(jí)聚光鏡的聚焦，形成在樣品平面上可獲得2-10微米的照明電子束斑。聚焦的電子束在透射電鏡主體的中部，被高電壓加速，然后加速電子束照射到試樣上，入射電子與試樣之間發(fā)生的相互作用。

對(duì)于非常薄的試樣，許多電子不與試樣發(fā)生相互作用而穿過(guò)試樣，這種電子稱為透射電子。除這種電子外，其余的電子與試樣相互作用而發(fā)生散射，試樣越厚，被散射的可能性越大。物質(zhì)對(duì)電子的散射，可以分為彈性散射和非彈性散射兩類。對(duì)于彈性散射，被散射電子的方向發(fā)生變化，但是散射電子的速度和能量不變。引起布拉格反射的衍射波和背散射電子是一種彈性散射。與這類彈性散射電子不同，電子的速度和能量發(fā)生變化的所有電子都屬于非彈性散射電子。透射電鏡中的明場(chǎng)像和暗場(chǎng)像等都是利用透射電子和彈性散射電子成像的。

透射電鏡的成像原理

透射電鏡中像的形成可以理解為一個(gè)光學(xué)透鏡(物鏡)的成像。具有一定波長(zhǎng)λ的電子束入射到晶面間距為d的晶體時(shí)，在滿足布拉格條件2dsinθ=λ的特定角度(2θ)處產(chǎn)生衍射波。這個(gè)衍射波在物鏡的后焦面上會(huì)聚成一點(diǎn)，形成衍射點(diǎn)。

在透射電鏡中，后焦面上形成的規(guī)則的花樣經(jīng)其后的電子透鏡在熒光屏上顯現(xiàn)出來(lái)，這就得到了所謂的電子衍射花樣(或者叫做電子衍射圖形)。在后焦面上的衍射波繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，衍射波合成，在像平面上形成放大的像(電子顯微像)。通常，將生成衍射花樣的后焦面上的空間稱為倒易空間(倒易晶格空間)，將試樣位置或成像平面稱為實(shí)空間。從試樣到后焦面的電子衍射，即是從實(shí)空間到倒易空間的變化，在數(shù)學(xué)上用傅立葉變換來(lái)表示。

在透射電鏡中，通過(guò)調(diào)節(jié)電子透鏡(改變透鏡的焦距)，就能夠很容易觀察到電子顯微像(實(shí)空間的信息)和電子衍射花樣(倒易空間的信息)，利用這兩種觀察模式就能很好的獲取這兩類信息。對(duì)于電子衍射花樣的觀察，先觀察電子顯微像(放大像)，插入光闌(選區(qū)光闌)到感興趣的區(qū)域，調(diào)節(jié)電子透鏡，就能得到只有這個(gè)區(qū)域產(chǎn)生的電子衍射花樣。

這種觀察模式叫選區(qū)電子衍射方法。利用選區(qū)電子衍射方法能獲得細(xì)微組織各個(gè)區(qū)域的電子衍射花樣，從而能夠得知各個(gè)區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)和它們的晶體取向關(guān)系。插入光闌能夠選擇的最小視場(chǎng)范圍通常是直徑0.1左右。但是對(duì)于新近出品的透射電鏡，可使入射到試樣上的電子束會(huì)聚到很小來(lái)觀察電子衍射花樣，這就是所謂的微衍射方法。在這種情況下，能夠觀察直徑為數(shù)納米以下的微小區(qū)域的電子衍射花樣。

透射電鏡成像方式

在透射電鏡圖像分析中，主要有“質(zhì)量厚度襯度”和“衍射襯度”兩種成像原理。

“質(zhì)量厚度襯度”主要用于復(fù)型樣品圖像的解釋和分析。利用復(fù)型膜上不同區(qū)域厚度(t)或平均原子序數(shù)(Z)的差別，使進(jìn)入透射電鏡物鏡光欄并聚焦于像平面的散射電子強(qiáng)度不同，從而產(chǎn)生圖像的反差。對(duì)于金屬樣品，由于金屬(以及其它晶體)薄膜樣品的厚度大致均勻，平均原子序數(shù)也沒(méi)有差別;薄膜上不同部位對(duì)電子的散射或吸收作用大致相同，因此不可能用“質(zhì)量厚度襯度”來(lái)進(jìn)行圖例的解釋和分析，要用到所謂的“衍射襯度”成像原理。

“衍射襯度”是指由于樣品中不同晶體，或同一種晶體不同位向，衍射條件不同而造成的襯度反差方面的差別。當(dāng)平行的高能入射電子束通過(guò)金屬薄膜樣品時(shí)，會(huì)在某些晶面上發(fā)生衍射，取向不同的晶粒，不同的相以及亞結(jié)構(gòu)發(fā)生衍射的程度不一樣。在透射電鏡物鏡下面的透射電子束和衍射電子束被會(huì)聚，并在焦距平面上形成中心斑點(diǎn)及反映結(jié)構(gòu)特征的電子衍射斑點(diǎn)(或環(huán))。如果物鏡光欄只讓透射束通過(guò)，而把衍射束擋住，此時(shí)滿足衍射條件的晶粒(A)強(qiáng)度最高，形成所謂的明場(chǎng)像;當(dāng)物鏡光欄套住衍射花樣的某一強(qiáng)斑點(diǎn)(hkl)成像時(shí)，透射束被擋住，此時(shí)只有(hkl)晶面發(fā)生強(qiáng)衍射的晶粒(B)顯得很亮，而大部分晶粒變得很暗，形成所謂的暗場(chǎng)像。這種成像方式被稱為“衍射襯度”成像原理。像的特征與晶體的衍射條件有關(guān)。

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透射電鏡是利用高能電子束充當(dāng)照明光源而進(jìn)行放大成像的大型顯微分析設(shè)備，透射電鏡是一種具有高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)等研究領(lǐng)域。

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透射電鏡全稱透射電子顯微鏡。是利用高能電子束充當(dāng)照明光源而進(jìn)行放大成像的大型顯微分析設(shè)備，透射電鏡是一種具有高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)等研究領(lǐng)域。

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現(xiàn)如今，具有高分辨率的透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)在材料分析研究中的應(yīng)用日趨廣泛，已經(jīng)成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室中一種不可或缺的研究晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的綜合儀器。

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透射電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源與控制系統(tǒng)及真空系統(tǒng)三部分組成。電子光學(xué)系統(tǒng)通常稱鏡筒，是透射電鏡的核心。它分為三部分，即照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)。

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1932年Ruska發(fā)明了以電子束為光源的透射電鏡，電子束的波長(zhǎng)要比可見(jiàn)光和紫外光短得多，并且電子束的波長(zhǎng)與發(fā)射電子束的電壓平方根成反比，也就是說(shuō)電壓越高波長(zhǎng)越短。目前透射電鏡的分辨力可達(dá)0.2nm。

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