电子源(提供电子的装置)
根据产生电子的方式不同,分为两种发射类型
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热发射(Thermionic Emission)利用高温加热材料(如钨丝、LaB₆),提供电子足够的能量,克服金属表面的逸出功(work function),从而逸出形成电子束,类似“烧热后蒸发电子”
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场发射(Field Emission)不靠加热,而是给发射源(如金属尖端)施加超强电场(通常 >10⁷ V/cm),这个电场会改变金属表面势垒形状,使电子可以通过量子隧穿效应穿过势垒而逸出,整个过程几乎不依赖热,工作温度接近室温,类似靠电场“拉出”电子
加速电场

电子产生后需要提升电子的动能,使其穿透样品(几十到几百纳米),形成透射图像。加速电压越高,电子能量越大,穿透能力越强,图像对比与清晰度也更好
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根据电子的德布罗意波长:

光圈(aperture)(准确的说是电子束阑)

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TEM 中的光阑(aperture)是一类用于调节电子束传播路径、角度、照明区域或能量范围的装置,它对成像清晰度、对比度、空间选择性和谱图质量都有关键作用。
样品杆和铜网(样品所在地方)


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需要三维成像时,样品杆和铜网都是可以在一定角度旋转的


成像方式(透射/衍射)

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电子束穿透样品后,被样品内部不同厚度、密度、晶体取向等因素散射
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明场像只收集未发生散射的透过电子,图像亮度反比于样品的电子散射强度(其他成像方式可以看上一篇文章透射电镜下看到的是原子像吗?)
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暗的地方:散射强、样品厚或原子序高
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亮的地方:散射弱、样品薄或原子序低
磁透镜-非光学透镜(实现电子束聚焦,这也是获得诺奖的主要原因)


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类似玻璃透镜聚焦光,磁透镜是一个轴对称的磁场系统,通过螺线管产生磁场
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当电子通过磁场时,会受到洛伦兹力的作用,沿着螺旋轨道聚焦在某一焦点
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根据磁场强弱、位置等参数,可实现不同的聚焦作用(物镜、中间镜、投影镜等,TEM中的所有磁透镜总结如下:
透镜名称 主要作用 聚光镜(Condenser lens) 调整电子束照射范围与强度 物镜(Objective lens) 形成样品的初级图像 中间镜(Intermediate lens) 调节中间像大小、位置 投影镜(Projector lens) 将像放大投射到屏幕/相机
荧光屏+信号收集器(可以实时看到样品像)

CMOS(高分辨像,通常需要一定的采集时间)


其他装置:如真空仓

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本文源自微信公众号:邹先森是Rain、能源人Scientist
原文标题:《一文搞懂TEM的内部结构(图解版)》
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/PwNrqaVln0veoZbXgvDGBQ
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