透射电镜工作原理

　　透射电镜全称透射电子显微镜。是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备，透射电镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。

透射电镜是什么

　　透射电镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。透射电镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上(片状<100nm，颗粒<2um)，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。图片的明暗不同(黑白灰)与样品的原子序数、电子密度、厚度等相关。成像方式与光学显微镜相似，只是以电子代替光子，电磁透镜代替玻璃透镜，放大后的电子像在荧光屏上显示出来。

　　透射电镜按加速电压分类，通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。提高加速电压，可提高入射电子的能量，一方面有利于提高电镜的分辨率;同时又可以提高对试样的穿透能力。

透射电镜的工作原理

　　透射电镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件(如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件)上显示出来。

　　由于电子的德布罗意波长非常短，透射电镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。因此，使用透射电镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构，比光学显微镜所能够观察到的Z小的结构小数万倍。透射电镜在中和物理学和生物学相关的许多科学领域都是重要的分析方法，如癌症研究、病毒学、材料科学、以及纳米技术、半导体研究等等。

　　在放大倍数较低的时候，透射电镜成像的对比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成对电子的吸收不同而造成的。而当放大率倍数较高的时候，复杂的波动作用会造成成像的亮度的不同，因此需要专业知识来对所得到的像进行分析。通过使用TEM不同的模式，可以通过物质的化学特性、晶体方向、电子结构、样品造成的电子相移以及通常的对电子吸收对样品成像。

　　透射电镜的成像原理可分为三种情况：

　　吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。早期的透射电镜都是基于这种原理。

　　衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。

　　相位像：当样品薄至100Å以下时，电子可以穿过样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。

透射电镜的构成

　　透射电镜系统由以下几部分组成：

　　电子枪：发射电子，由阴极、栅极、阳极组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速、加压的作用。

　　聚光镜：将电子束聚集，可用已控制照明强度和孔径角。

　　样品室：放置待观察的样品，并装有倾转台，用以改变试样的角度，还有装配加热、冷却等设备。

　　物镜：为放大率很高的短距透镜，作用是放大电子像。物镜是决定透射电镜分辨能力和成像质量的关键。

　　中间镜：为可变倍的弱透镜，作用是对电子像进行二次放大。通过调节中间镜的电流，可选择物体的像或电子衍射图来进行放大。

　　透射镜：为高倍的强透镜，用来放大中间像后在荧光屏上成像。

　　此外透射电镜还有二级真空泵来对样品室抽真空、照相装置用以记录影像。