透射电镜衬度原理

　　透射电镜具有非常高的空间分辨率，可以在不同尺度上观测和分析材料的微结构特征，已成为材料微结构研究的重要分析仪器。利用透射电镜观察材料微结构时有多种成像方式，如透射成像、扫描透射成像、洛伦兹成像和全息成像等模式。

透射电镜衬度是什么

　　透射电镜电子束穿过元素分布不均匀的区域或者复合样品的不同材料区域时，透射电子波振幅会发生非常明显的改变，使得这些区域在显微图像中产生与周围区域明显不同的亮度差异，这种不同区域间亮度的差异被称为透射电镜衬度。图像不同区域亮度差异越大，衬度就越强。

　　一般情况下，透射电镜显微像衬度变化的越多，它所反应出来的材料微结构信息就越多。利用不同成像方式得到的显微图像的衬度分布也有明显的差异，所以在表征材料微结构时，需要根据材料的特点和研究内容的不同，可以采用某一种成像方式或分别用几种不同的成像方式得到显微结构像。

　　利用不同成像方式获得的透射电镜显微像所显示的微结构特征有明显差异，能够在在不同空间分辨率尺度上和不同角度全面揭示材料结构特点，更利于准确评价材料的形貌和微结构。通常在低放大倍数下观察大视场的材料微结构时shou选透射成像方式，这种成像方式得到的透射电镜衬度都源于不同样品区域的透射电子波振幅的变化，透射电子波振幅形成的衬度有两种机制，分别称为质厚衬度和衍射衬度。

透射电镜衬度形成原理

　　由透射电镜电子枪发出的高能电子束可看成是由点光源发出的球面波，在样品中传播时与物质发生相互作用，因此穿过样品的透射电子波中携带大量样品组成物质的信息，构成了透射电子显微学方法分析材料微结构的基础。利用透射电子显微学方法表征材料微结构时正是基于图像中不同区域亮度差异(衬度)及其变化来解读微结构特征的，但是透射电镜电子显微图像衬度的形成则完全由成像机理决定，也就是说，如果产生衬度的机理不同，同一样品区域的衬度可能发生很多变化，甚至显示出完全不同的衬度。则为电子波的相位。

　　透射电镜显微像的亮度变化既与出射电子波的振幅有关，也与出射电子波的相位有关，所以，透射电镜显微像中的亮暗分布既可由出射电子波振幅的变化引起，也可由出射电子波相位的变化引起，或者由振幅和相位共同作用引起。其中振幅引起像的亮暗分布变化称为振幅衬度，相位引起像的亮暗分布变化称为相位衬度。因此透射电镜成像衬度只有振幅衬度和相位衬度两种，可以分别得到以振幅衬度为主的显微电子像和以相位衬度为主的高分辨像。

　　当高能电子束穿过样品时，通常电子波的振幅和相位都会相应的发生变化，但能够引起出射电子波振幅变化的原因与引起电子波相位变化的因素不同，由于样品中原子对电子的散射作用非常强烈，当电子束穿过样品时，整个散射过程比较复杂，既有弹性散射，同时也有非弹性散射。

　　弹性散射和非弹性散射是两种完全不同的散射过程，因为弹性散射的电子不损失能，只是改变电子传播的方向，而非弹性散射的电子束不但能改变传播方向，同时电子还损失能量。使入射电子损失能量的非弹性散射过程有很多种，如声子激发、等离子激发、自由电子激发和内壳层电子激发等。

　　由于弹性散射和非弹性总是相伴发生的，所以无论先发生弹性散射，还是先发生非弹性散射，被散射的电子在随后的散射中还会继续发生上述两种散射过程。由于弹性散射电子和非弹性散射电子携带的材料微结构信息不同，在形成材料的透射电镜电子显微图像时它们对产生衬度的贡献也不一样，因此透射电镜衬度与入射电子束在材料中的各种散射过程密切相关。

　　鉴于入射电子束在穿过材料时发生弹性散射和非弹性散射对图像衬度的产生有非常明显的影响，控制入射电子束在材料中的弹性散射过程就可以来得到不同振幅衬度的电子显微图像。