电子光学基础课件.ppt

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1、关于电子光学基础现在学习的是第1页，共63页2 电子显微镜是以电子束为照明源，通过电子流对样品的透射或反射及电磁透镜的多级放大后在荧光屏上成像的大型仪器。1.1 1.1 电子显微镜概述电子显微镜概述现在学习的是第2页，共63页3电子显微镜由电子流代替可见光，由磁场电子显微镜由电子流代替可见光，由磁场代替透镜，让电子的运动代替光子。代替透镜，让电子的运动代替光子。l l comparison光学显微镜则是利用可见光照明，将微光学显微镜则是利用可见光照明，将微小物体形成放大影像的光学仪器。小物体形成放大影像的光学仪器。“数码显微镜数码显微镜”:光学显微镜光学显微镜现在学习的是第3页，共63页4l

2、l History of Microscope大约在大约在400400年年前（前（15901590年），由年），由荷兰科学家杨森荷兰科学家杨森和后来的博物学和后来的博物学家列文虎克发明家列文虎克发明和完善的显微镜，和完善的显微镜，向人们揭示了一向人们揭示了一个陌生的微观世个陌生的微观世界，他们是开辟界，他们是开辟人类显微分析的人类显微分析的始祖。始祖。列文虎克列文虎克19世纪世纪现在学习的是第4页，共63页5现在，最好的光学显微镜可以达到现在，最好的光学显微镜可以达到20002000倍的倍的放大倍数。放大倍数。现代的光学显微镜现代的光学显微镜现在学习的是第5页，共63页6l不管如何完善光学显微

3、镜的透镜和结构，不管如何完善光学显微镜的透镜和结构，其放大倍数和分辨率总是被限定在其放大倍数和分辨率总是被限定在10001000多多倍和几百纳米的水平，不可能再有新的突破。倍和几百纳米的水平，不可能再有新的突破。可见光的波长在可见光的波长在390390纳米到纳米到760760纳米之间，纳米之间，所以光学显微镜的理论极限分辨本领也就在所以光学显微镜的理论极限分辨本领也就在200200纳米左右纳米左右 。现在学习的是第6页，共63页719241924年，法国学者德布罗意（年，法国学者德布罗意（De.BrglielDe.Brgliel）指）指出，任何一种接近光速的运动粒子都具有波动性，出，任何一种接

4、近光速的运动粒子都具有波动性，电子既有波动性又有粒子性电子既有波动性又有粒子性。1.21.2电子显微镜的诞生过程电子显微镜的诞生过程1926-19271926-1927年，人们从晶体对电子产生的衍射现象，年，人们从晶体对电子产生的衍射现象，验证了电子的波动性，并具有比验证了电子的波动性，并具有比X X光还要短的波长。光还要短的波长。从从实验中证明，实验中证明，电子的波长随着加速电压而改变，电子的波长随着加速电压而改变，加速电压加速电压为为100KV100KV时，其波长仅为时，其波长仅为0.0370.037，大约比可见光波长短，大约比可见光波长短1010万倍。万倍。现在学习的是第7页，共63页8

5、19261926年，德过物理学家布施（年，德过物理学家布施（Busch)Busch)指出指出具有轴具有轴对称性的磁场对电子束来说，起着透镜的作用，对称性的磁场对电子束来说，起着透镜的作用，这为制造电子显微镜提供了理论依据。这为制造电子显微镜提供了理论依据。19321932年，世界上年，世界上第一台透射电子显微镜在德国第一台透射电子显微镜在德国柏林产生，柏林产生，由柏林工科大学由柏林工科大学KnollKnoll和和RuskaRuska研制研制的。放大倍数仅为的。放大倍数仅为12-1712-17倍，分辨率很低。倍，分辨率很低。19341934年，他们把透射电子显微镜的年，他们把透射电子显微镜的分辨

6、率提高分辨率提高到到500500。现在学习的是第8页，共63页919381938年，年，RuskaRuska和其同事在德国西门子公司和其同事在德国西门子公司研制分辨率为研制分辨率为100100 的透射电子显微镜，的透射电子显微镜，19391939年作为商品提供给用户。年作为商品提供给用户。5050年代，英、法、荷、日、美、苏等国透年代，英、法、荷、日、美、苏等国透射电子显微镜已射电子显微镜已批量生产批量生产。5050年代中期，英国剑桥大学凯文第什实验年代中期，英国剑桥大学凯文第什实验室的室的HirschHirsch和和HowieHowie等人为代表，建立了一等人为代表，建立了一套直接观察薄晶体

7、的缺陷和结构的实验技套直接观察薄晶体的缺陷和结构的实验技术及电子衍射衬度理论。由此，术及电子衍射衬度理论。由此，晶体缺陷晶体缺陷理论得到了证实理论得到了证实。现在学习的是第9页，共63页106060年代，透射电子显微镜分辨率达到了年代，透射电子显微镜分辨率达到了5 5左左右。右。7070年代末至年代末至8080年代，随着电子显微仪器分辨率年代，随着电子显微仪器分辨率的提高，的提高，电子显微学科诞生了电子显微学科诞生了，它可以了解从，它可以了解从结构的信息到原子点阵的排列。结构的信息到原子点阵的排列。现在学习的是第10页，共63页1119351935年，德国学者年，德国学者KnollKnoll首

8、次首次提出扫描电子显微提出扫描电子显微镜的结构及原理。镜的结构及原理。19381938年，德国年，德国Von.ArdenneVon.Ardenne提出在透射电镜的两提出在透射电镜的两个静电透镜之间加一扫描线圈，相当于一台个静电透镜之间加一扫描线圈，相当于一台扫描透扫描透射电子显微镜，分辨率约为射电子显微镜，分辨率约为500-1000500-1000。19421942：剑桥大学的马伦首次制成世界第一台扫描：剑桥大学的马伦首次制成世界第一台扫描电镜。电镜。19651965年，英国剑桥仪器公司生产出了年，英国剑桥仪器公司生产出了第一台商第一台商品扫描电子显微镜品扫描电子显微镜，分辨率可达，分辨率可达

9、250250.现在学习的是第11页，共63页12我国第一台电子显微镜的研制是在我国第一台电子显微镜的研制是在19581958年，由中国年，由中国科学院长春光机所制造，比国外晚了科学院长春光机所制造，比国外晚了2020多年，但发展迅多年，但发展迅速。速。19751975年开始，我国自行设计制造扫描电子显微镜。年开始，我国自行设计制造扫描电子显微镜。8080年代初，中国科学院科学仪器厂制造的年代初，中国科学院科学仪器厂制造的DX-5DX-5型扫描型扫描电子显微镜，其分辨率为电子显微镜，其分辨率为6060，放大倍数，放大倍数1010万倍。万倍。19851985年，年，该厂生产的该厂生产的KYKY-A

10、MRAY1000BKYKY-AMRAY1000B型扫面电子显微镜分辨率为型扫面电子显微镜分辨率为6060，放大倍数，放大倍数2525万倍。其它厂家也都已批量生产。万倍。其它厂家也都已批量生产。现在学习的是第12页，共63页131 1、分辨率、分辨率l简单地说，分辨率就是能够把两个点分辨开的最小距简单地说，分辨率就是能够把两个点分辨开的最小距离。离。l人眼睛的分辨率大约为人眼睛的分辨率大约为0.10.1个毫米。个毫米。l所以，要想看清比所以，要想看清比0.10.1个毫米还小的东西，就要借助个毫米还小的东西，就要借助于放大镜和显微镜。即利用显微镜把所要观察的物体于放大镜和显微镜。即利用显微镜把所要

11、观察的物体至少放大到至少放大到0.10.1个毫米以上，才能看清它。个毫米以上，才能看清它。1.3 1.3 电子光学基础电子光学基础现在学习的是第13页，共63页14 r r0 0：两物点的间距；两物点的间距；：光线的波长；：光线的波长；n n：透镜周围介质的折射率；：透镜周围介质的折射率；：孔孔径径角角，即即物物点点发发出出能能进进入入透透镜镜成成像像的的光光线线锥锥的的锥锥顶角的半角顶角的半角；nsinnsin称为数值孔径；称为数值孔径；根据光学原理，两个发光点的分辨距离为：根据光学原理，两个发光点的分辨距离为：当波长当波长一定时，一定时，分辨率取决于数值孔径的大小。数值分辨率取决于数值孔径

12、的大小。数值孔径越大则能分辨的结构越细，即分辨率越高。孔径越大则能分辨的结构越细，即分辨率越高。现在学习的是第14页，共63页15将玻璃透镜的一般参数代入上式，即将玻璃透镜的一般参数代入上式，即最大孔径半角最大孔径半角=70-75=70-75，在介质为油的，在介质为油的情况下，情况下，n n1.5,1.5,其数值孔径其数值孔径n sinn sin1.25-1.351.25-1.35，上式可化简为：，上式可化简为：这说明，显微镜的分辨率取决于可见光的波长，波长越短，这说明，显微镜的分辨率取决于可见光的波长，波长越短，分辨率越大。只有比光线波长一半还大的物体才会产生反分辨率越大。只有比光线波长一半

13、还大的物体才会产生反射光而被放大看到。所以，用最好的光学显微镜，其分辨射光而被放大看到。所以，用最好的光学显微镜，其分辨率也只能是可见光波长的一半。率也只能是可见光波长的一半。现在学习的是第15页，共63页16不同波长光源分辨本领的比较不同波长光源分辨本领的比较现在学习的是第16页，共63页17可见光的波长范围为可见光的波长范围为390 390 760nm(1nm=10 760nm(1nm=10)，因，因此光学显微镜的分辨率的极限是此光学显微镜的分辨率的极限是200nm200nm。紫外线（紫外线（400nm400nm）作光源，分辨率可提高一倍。现代）作光源，分辨率可提高一倍。现代紫外光显微镜的

14、分辨率可达到紫外光显微镜的分辨率可达到100nm100nm。要制造更高分辨率的显微镜，必须采用波长更短的要制造更高分辨率的显微镜，必须采用波长更短的波作为成像媒介。波作为成像媒介。如何得到短波长？如何得到短波长？现在学习的是第17页，共63页182 2、电子波的波长电子波的波长 已知电子束具有波动性，对于运动速度为已知电子束具有波动性，对于运动速度为v v，质量为质量为m m的电子波的波长为：的电子波的波长为：=h/mv=h/mvh h普朗克常数；普朗克常数；m m电子的质量；电子的质量；V V电子的速度。电子的速度。电子的速度电子的速度v v和加速电压和加速电压U U之间之间:eU eU 1

15、/2 mv1/2 mv2 2 e e电子所带的电荷。电子所带的电荷。即即 v v（2eU/m2eU/m）1/21/2 现在学习的是第18页，共63页19由此得由此得 h/(2emU)h/(2emU)1/21/2代入代入h=6.6210-34J.S,m=9.1110-31kgh=6.6210-34J.S,m=9.1110-31kg，e=1.6010-19c e=1.6010-19c 12.25/U12.25/U1/2 1/2 U U的单位用伏特，的单位用伏特，的单位为的单位为。现在学习的是第19页，共63页20 前面计算的过程中，电子的质量采用的是前面计算的过程中，电子的质量采用的是静止时的质量

16、，但根据相对论理论，在高速运静止时的质量，但根据相对论理论，在高速运动的情况下，其质量有变化：动的情况下，其质量有变化：m mm m0 0/1-(v/c)/1-(v/c)2 2 1/21/2 v v为电子运动的速度，为电子运动的速度，c c为光速。为光速。波长与电压的计算公式应校正为：波长与电压的计算公式应校正为：12.25/U(1+0.97881012.25/U(1+0.978810-6-6U)U)1/21/2现在学习的是第20页，共63页210.00870.0087100010000.06980.069830300.01420.01425005000.08590.085920200.025

17、10.02512002000.1220.12210100.03700.03701001000.1730.1735 50.04180.041880800.1940.1944 40.04870.048760600.2240.2243 30.05360.053650500.2740.2742 20.06010.060140400.3880.3881 1电子波波长电子波波长/加速电压加速电压/KV/KV电子波波长电子波波长/加速电压加速电压/KV/KV 不同加速电压下电子波的波长（经相对论校正）不同加速电压下电子波的波长（经相对论校正）现在学习的是第21页，共63页22u可见光的波长在可见光的波长在3

18、900-76003900-7600之间，在常用的之间，在常用的100-100-200KV200KV加速电压下，电子波的波长要比可见光小加速电压下，电子波的波长要比可见光小5 5个个数量级数量级u只要能使加速电压提高到一定值就可得到很短的只要能使加速电压提高到一定值就可得到很短的电子波。电子波。u用高压加速电子就成为近代电镜的最重要特点，用这用高压加速电子就成为近代电镜的最重要特点，用这样的电子波作为照明源就可显著提高显微镜的分辨率。样的电子波作为照明源就可显著提高显微镜的分辨率。那么能不能制造出使电子波聚焦成像的透镜？那么能不能制造出使电子波聚焦成像的透镜？现在学习的是第22页，共63页233

19、 3、电磁透镜、电磁透镜 电子是带负电的粒子，在静电场中会受到电场电子是带负电的粒子，在静电场中会受到电场力的作用，使运动方向发生偏转，力的作用，使运动方向发生偏转，设计静电场的设计静电场的大小和形状可实现电子的聚焦和发散。大小和形状可实现电子的聚焦和发散。由静电场制成的透镜称为静电透镜由静电场制成的透镜称为静电透镜，在电子，在电子显微镜中，发射电子的电子枪就是利用静电透镜。显微镜中，发射电子的电子枪就是利用静电透镜。静电透镜静电透镜现在学习的是第23页，共63页24u运动的电子在磁场中也会受磁场力的作用发生运动的电子在磁场中也会受磁场力的作用发生偏折，从而达到会聚和发散，由磁场制成的透偏折，

20、从而达到会聚和发散，由磁场制成的透镜称为镜称为磁透镜磁透镜。u用通电线圈产生的磁场来使电子波聚焦成像的装用通电线圈产生的磁场来使电子波聚焦成像的装置叫置叫电磁透镜电磁透镜。电磁透镜电磁透镜现在学习的是第24页，共63页25由于静电透镜从性能上不如电磁透镜，所以在目前研制由于静电透镜从性能上不如电磁透镜，所以在目前研制的电子显微镜中大都采用电磁透镜。的电子显微镜中大都采用电磁透镜。电磁透镜电磁透镜 静电透镜静电透镜 1.1.改变线圈中的电流强改变线圈中的电流强度可很方便的控制焦距度可很方便的控制焦距和放大倍率和放大倍率1.1.需改变加速电压才可需改变加速电压才可改变焦距和放大率改变焦距和放大率2

21、.2.无击穿，供给电磁透无击穿，供给电磁透镜线圈的电压低镜线圈的电压低2.2.静电透镜需数万伏电静电透镜需数万伏电压，常会引起击穿压，常会引起击穿3.3.像差小像差小3.3.像差较大像差较大Comparison现在学习的是第25页，共63页26（1 1）电磁透镜的聚焦原理）电磁透镜的聚焦原理电子在磁场中的运动：电子在磁场中的运动：电子电子磁力线磁力线现在学习的是第26页，共63页27运动电子在磁场中受到运动电子在磁场中受到LorentzLorentz力作用，其表达式：力作用，其表达式：式中：式中：e-e-运动电子电荷；运动电子电荷；v-v-电子运动速度矢量；电子运动速度矢量；B-B-磁感应强度

22、矢量；磁感应强度矢量；F-F-洛仑兹力洛仑兹力 。显然，显然，F F的方向垂直于矢量的方向垂直于矢量v v和和B B所决定的平所决定的平面，力的方向可由左手法则确定。面，力的方向可由左手法则确定。现在学习的是第27页，共63页28（1 1）vBvB，则，则F=0F=0，电子不受磁场力作用，其运动速度的大小及，电子不受磁场力作用，其运动速度的大小及方向不变；方向不变；（2 2）若）若vBvB，即只改变运动方向，不改变运动速度，从而使，即只改变运动方向，不改变运动速度，从而使电子在垂直于磁力线方向的平面上做匀速圆周运动。电子在垂直于磁力线方向的平面上做匀速圆周运动。（3 3）若）若v v与与B B

23、既不垂直也不平行，而成一定夹角，则其运动轨迹既不垂直也不平行，而成一定夹角，则其运动轨迹为螺旋线。为螺旋线。现在学习的是第28页，共63页29如何使运动的电子在磁场中会聚？轴对称的磁场现在学习的是第29页，共63页30电电磁磁透透镜镜聚聚焦焦原原理理示示意意图图1ab现在学习的是第30页，共63页31电电磁磁透透镜镜聚聚焦焦原原理理示示意意图图2c现在学习的是第31页，共63页32玻璃凸透镜聚焦玻璃凸透镜聚焦电电磁磁透透镜镜聚聚焦焦原原理理示示意意图图3d现在学习的是第32页，共63页33与光学透镜相似，电磁透镜的物距、像距和与光学透镜相似，电磁透镜的物距、像距和焦距三者之间的关系式及放大倍数

24、为：焦距三者之间的关系式及放大倍数为：1/f=1/L1/f=1/L1 1+1/L+1/L2 2 M=LM=L2 2/L/L1 1 M=f/(L M=f/(L1 1-f)-f)f f焦距；焦距；L L1 1物距；物距；L L2 2像距像距;M;M放大倍数放大倍数现在学习的是第33页，共63页34电磁透镜的焦距可由下式近似计算电磁透镜的焦距可由下式近似计算f=KUr/f=KUr/（ININ)2)2 K K常数；常数；UrUr经相对论校正的电子的加速电压；经相对论校正的电子的加速电压；（IN)IN)电磁透镜激磁安匝数电磁透镜激磁安匝数(励磁强度，为电励磁强度，为电流强度流强度I I和线圈匝数和线圈匝

25、数N N之积）。之积）。现在学习的是第34页，共63页35u无论激磁方向如何，激磁焦距总是正的。无论激磁方向如何，激磁焦距总是正的。u改变激磁电流，电磁透镜的焦距和放大倍数将改变激磁电流，电磁透镜的焦距和放大倍数将发生相应改变。发生相应改变。u电磁透镜是一种变焦距或变倍率的会聚透镜电磁透镜是一种变焦距或变倍率的会聚透镜，这是它有别于光学玻璃凸透镜的一个特点。这是它有别于光学玻璃凸透镜的一个特点。现在学习的是第35页，共63页36带有软磁壳的电磁透镜示意图带有软磁壳的电磁透镜示意图极靴组件分解极靴组件分解磁感应强度分布图磁感应强度分布图实实际际应应用用中中的的电电磁磁透透镜镜示示意意图图现在学习

26、的是第36页，共63页37（2 2）电磁透镜的缺陷）电磁透镜的缺陷 电子波波长很短，在电子波波长很短，在100KV100KV的加速电压下，电的加速电压下，电子波波长为子波波长为0.0370.037，用这样短波长的电子波做显，用这样短波长的电子波做显微镜的照明源，微镜的照明源，根据根据rr0 0=1/2=1/2 显微镜的最小分辨率可达显微镜的最小分辨率可达0.020.02 左右。左右。然然而到目前为止，电镜的最佳分辨率仍停留在而到目前为止，电镜的最佳分辨率仍停留在1-21-2 的水平。的水平。Why？现在学习的是第37页，共63页38l像差分成两类，即像差分成两类，即几何像差几何像差和和色差色差

27、。l几何像差几何像差是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的，几何像差主要指成的，几何像差主要指球差球差和和像散像散l色差色差是由于电子波的是由于电子波的波长或能量波长或能量发生一定幅度的发生一定幅度的改变改变而造成的。而造成的。原因：电磁透镜存在像差原因：电磁透镜存在像差现在学习的是第38页，共63页39a a、球差（球面像差）、球差（球面像差）球差是由于电磁透镜中心区域和边缘区域球差是由于电磁透镜中心区域和边缘区域磁场强度的差异，从而造成对电子会聚能力不磁场强度的差异，从而造成对电子会聚能力不同而造成的。同而造成的。远轴电子通过透镜时被折射得比近轴电子远轴电

28、子通过透镜时被折射得比近轴电子要厉害得多，因而由同一物点散射的电子经要厉害得多，因而由同一物点散射的电子经过透镜后不交在一点上，而是在透镜像平面过透镜后不交在一点上，而是在透镜像平面上变成了一个漫射圆斑。上变成了一个漫射圆斑。最小散焦斑现在学习的是第39页，共63页40b.b.像散像散 像散是由于透镜的磁场轴向不对称所像散是由于透镜的磁场轴向不对称所引起的一种像差。磁场不同方向对电子的折引起的一种像差。磁场不同方向对电子的折射能力不一样，电子经透镜后形成界面为椭射能力不一样，电子经透镜后形成界面为椭圆状的光束，使圆形物点的像变成了一个漫圆状的光束，使圆形物点的像变成了一个漫射圆斑。射圆斑。现在

29、学习的是第40页，共63页41C C、色差、色差 色差是由于成像电子的能量或波长不同而引起的一种像色差是由于成像电子的能量或波长不同而引起的一种像差。能量大的电子在距透镜中心比较远的地点聚焦，而能量差。能量大的电子在距透镜中心比较远的地点聚焦，而能量较低的电子在距透镜中心比较近的地点聚焦。结果使得由同较低的电子在距透镜中心比较近的地点聚焦。结果使得由同一物点散射的具有不同能量的电子经透镜后不再会聚于一点，一物点散射的具有不同能量的电子经透镜后不再会聚于一点，而是在像面上形成一漫射圆斑。而是在像面上形成一漫射圆斑。现在学习的是第41页，共63页42l由于上述像差的存在，虽然电子波长只有光由于上述

30、像差的存在，虽然电子波长只有光波长的十万分之一左右，但尚不能使电磁透波长的十万分之一左右，但尚不能使电磁透镜的分辨率提高十万倍。镜的分辨率提高十万倍。现在学习的是第42页，共63页43(3)(3)电磁透镜的景深和焦长电磁透镜的景深和焦长a.a.景深景深 透镜的景深是指在保持像清晰的前提下，透镜的景深是指在保持像清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离（或者说试样超越物平面所允许的厚度）（或者说试样超越物平面所允许的厚度）。换言之，在景深范围内，样品位置的变化换言之，在景深范围内，样品位置的变化并不影响物像的清晰度。并不影响物像的清晰度。现在学习的是第4

31、3页，共63页44从原理上讲，当透镜的焦距一定时，物距从原理上讲，当透镜的焦距一定时，物距和像距的值是确定的，这时只有一层样品平面和像距的值是确定的，这时只有一层样品平面与透镜的理想物平面相重合。与透镜的理想物平面相重合。为什么还存在景深？为什么还存在景深？现在学习的是第44页，共63页45偏离理想物平面的特点都存在一定程度偏离理想物平面的特点都存在一定程度的失焦，它们在透镜的像平面上将产生一个的失焦，它们在透镜的像平面上将产生一个具有一定尺寸的具有一定尺寸的失焦圆斑失焦圆斑。如果失焦圆斑的。如果失焦圆斑的尺寸不超过由衍射效应和像差引起的尺寸不超过由衍射效应和像差引起的散焦斑散焦斑，则不会影响

32、电镜的分辨率。则不会影响电镜的分辨率。因为衍射和像差的存在因为衍射和像差的存在现在学习的是第45页，共63页46如果把透镜物平面允许的如果把透镜物平面允许的轴向偏差定义为透镜的景深，轴向偏差定义为透镜的景深，用用DfDf表示。则表示。则景深大小景深大小DfDf与物与物镜的分辨率镜的分辨率rr0 0、孔径半角、孔径半角用下式表示：用下式表示：DfDf 2r2r0 0/上式表明，电磁透镜的孔径上式表明，电磁透镜的孔径半角越小，景深越大；分辨半角越小，景深越大；分辨率越大，景深越大。率越大，景深越大。现在学习的是第46页，共63页47 一般电磁透镜的一般电磁透镜的10102 210103 3 rad

33、 rad，因此，因此DfDf(200(2002000)2000)rr0 0若若rr0 01nm1nm，则则 DfDf2002002000nm2000nm 即电子显微镜对于高度相差在即电子显微镜对于高度相差在200nm200nm的物体，可的物体，可以同时聚焦在成像平面上。以同时聚焦在成像平面上。现在学习的是第47页，共63页48b.b.焦长焦长焦深（或焦长）是指在保持像清晰的前焦深（或焦长）是指在保持像清晰的前提下，像平面沿镜轴可移动的距离，或者提下，像平面沿镜轴可移动的距离，或者说观察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动说观察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。距离。现在学习的是第48页，共63页4

34、9同样，当透镜焦距和物距同样，当透镜焦距和物距一定时，像平面沿轴向一定距离一定时，像平面沿轴向一定距离内移动，也会引起失焦。但如果内移动，也会引起失焦。但如果所引起的失焦尺寸不大于其他原所引起的失焦尺寸不大于其他原因所引起的散焦斑大小，则对透因所引起的散焦斑大小，则对透镜的分辨率没有影响。镜的分辨率没有影响。DLDL2 r2 r0 0M M2 2/=Df/=DfM2现在学习的是第49页，共63页50一般的电镜焦长都超过一般的电镜焦长都超过10-20cm10-20cm。因此，只要图象在显示屏上是清晰的，那么在因此，只要图象在显示屏上是清晰的，那么在屏的上下屏的上下10cm10cm范围放置胶片，得

35、到的图象依然范围放置胶片，得到的图象依然是清晰的。是清晰的。现在学习的是第50页，共63页51偏光、反光、锥光偏光、反光、锥光电子衍射装置、特征电子衍射装置、特征X X射线波谱射线波谱仪、特征仪、特征X X射线能谱仪、俄歇电子射线能谱仪、俄歇电子谱仪谱仪主要附件主要附件光学透射、反射、干涉像光学透射、反射、干涉像透射电子像、二次电子像、背散透射电子像、二次电子像、背散射电子像、吸收电子像、射电子像、吸收电子像、X X射线面射线面扫描像、扫描像、X X射线线扫描像射线线扫描像主要图象主要图象彩色或黑白彩色或黑白黑白灰度黑白灰度图象特点图象特点机械聚焦机械聚焦电子聚焦、计算机控制电子聚焦、计算机控

36、制聚焦原理聚焦原理10001000倍时倍时0.1um0.1um10001000倍时倍时30um30um景深景深10102000 2000 换镜头换镜头10101 1百万百万,连续可调连续可调放大倍数放大倍数可见光区可见光区 20002000 紫外光区紫外光区 10001000 1010 分辨率分辨率光学透镜（玻璃透镜）光学透镜（玻璃透镜）电子透镜（电磁铁）电子透镜（电磁铁）透镜透镜大气大气真空真空 10104 410108 8托托媒介媒介可见光可见光 4000400075007500 电子束电子束 波长波长 0.0370.037 光源光源光学透镜光学透镜电磁透镜电磁透镜4 4 电磁透镜与光学显

37、微镜的比较电磁透镜与光学显微镜的比较现在学习的是第51页，共63页52包括以下三种类型的仪器：包括以下三种类型的仪器：扫描电子显微镜扫描电子显微镜 Scanning Electron Microscopy Scanning Electron Microscopy（SEMSEM）透射电子显微镜透射电子显微镜 Transparent Electron MicroscopyTransparent Electron Microscopy（TEMTEM）电子探针电子探针 Electron Probe Microscopic analyzerElectron Probe Microscopic analy

38、zer（EPMAEPMA）四、电子显微镜的类型及用途四、电子显微镜的类型及用途现在学习的是第52页，共63页53扫面电子显微镜（扫面电子显微镜（JSM-35CF)环境扫描电子显微镜（环境扫描电子显微镜（QUANTA2000)日本电子公司日本电子公司 飞利普公司飞利普公司 分辨率：分辨率：6nm 分辨率：分辨率：3.5nm扫描电子显微镜用途：用途：微形貌观察微形貌观察(微区成分分析)现在学习的是第53页，共63页54JSM-6700F场发射扫描电镜场发射扫描电镜现在学习的是第54页，共63页55 电子探针（电子探针（JCXA-733)日本电子公司日本电子公司电子探针显微分析系统电子探针显微分析系

39、统（JXA-8100)日本技术日本技术JEOL珠式会社珠式会社 电子探针用途：微区成分分析用途：微区成分分析现在学习的是第55页，共63页56透射电子显微镜CM12/STEM荷兰飞利浦公司荷兰飞利浦公司 用途：用于微结构分析用途：用于微结构分析现在学习的是第56页，共63页57一种金属喷雾粒子的一种金属喷雾粒子的SEMSEM照片照片现在学习的是第57页，共63页58CuCu纳米线纳米线该图为在铝阳极氧化膜的孔中生长的Cu纳米线照片。现在学习的是第58页，共63页59“飘摇飘摇”（碳纳米管）（碳纳米管）该图片是一种特定工艺条件下生长的碳纳米管形貌。碳纳米管具有强度高，韧性好的特点，可用于复合材料

40、，还可用于特殊电子元件(如场发射灯丝和平板显示器发光材料)。现在学习的是第59页，共63页60“蔓蔓”（羟基磷灰石）（羟基磷灰石）图为羟基磷灰石形貌。其形成过程为：首先在动物身上提取的胶原蛋白复合海绵体，该海绵体经模拟液浸泡后生长形成如图所示的羟基磷灰石。现在学习的是第60页，共63页61“巢巢”(铝阳极氧化膜铝阳极氧化膜)该图为铝阳极氧化膜显微结构。该膜具有防腐、耐磨和绝缘的特性，因此被广泛用于电子和工业领域。现在学习的是第61页，共63页凹凸棒石凹凸棒石绿泥石绿泥石蒙脱石蒙脱石叶片状伊利石叶片状伊利石发状海泡石发状海泡石现在学习的是第62页，共63页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第63页，共63页