透射電鏡基本成像操作及像襯度

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1、透射電鏡基本成像操作及像襯度目錄2成像操作像襯度成像操作5成像操作暗場成像中心暗場成像23明場成像11.明場成像和暗場成像6利用投射到熒光屏上的選區(qū)衍射譜可以進(jìn)行透射電鏡的兩種最基本的成像操作。晶體樣品或非晶體樣品，其選區(qū)衍射譜上必存在一個由直射電子束形成的中心亮斑以及一些散射電子。我們可以選直射電子也可以選部分散射電子來成像。這種成像電子的選擇是通過在物鏡背焦面上插入物鏡光欄來實(shí)現(xiàn)的。選用直射電子（透射束）形成的像稱為明場像，選用散射電子（衍射束）形成的像稱為暗場像。1.明場成像和暗場成像暗場

2、成像有兩種方法：偏心暗場像與中心暗場像。71.明場成像和暗場成像由于成像電子束偏離了透射電鏡的光軸而造成較大的像差并在成像時難以聚焦，成像質(zhì)量較差。在透射電鏡中，為了獲得高質(zhì)量的暗場像，人們總是采取“中心暗場成像”，即將入射電子束反向傾斜一個相應(yīng)的散射角度，而使散射電子沿光軸傳播。對晶體樣品而言，如明場成像時晶面組恰與入射方向交成精確的布拉格角θ，而其余晶面組均與衍射條件存在較大偏差，此時除透射束外只有一個強(qiáng)的衍射束即衍射束，即構(gòu)成所謂的“雙光束條件”。在此條件下，通過束傾斜，使入射束沿原先的衍

3、射束方向入射，即將中心斑點(diǎn)移至衍射斑點(diǎn)位置。此時，晶面組將偏離布拉格條件，而晶面組與入射束交成準(zhǔn)確的布拉格角，其衍射束與光軸平行，正好通過光欄孔，而透射束和其他衍射束均被擋掉，如圖9-17(c)。2.像襯度8像襯度是圖像上不同區(qū)域間明暗程度的差別。正是由于圖像上不同區(qū)域間存在明暗程度的差別即襯度的存在，才使得我們能觀察到的各種具體的圖像。透射電鏡的像襯度與所研究的樣品材料自身的組織結(jié)構(gòu)、所采用的成像操作方式和成像條件有關(guān)。透射電鏡的像襯度來源于樣品對入射電子束的散射。當(dāng)電子波穿越樣品時，其振幅和

4、相位都將發(fā)生變化，這些變化都可以產(chǎn)生像襯度。透射電鏡像襯度振幅襯度質(zhì)厚襯度非晶體樣品襯度衍射襯度晶體樣品襯度相位襯度圖1透射電鏡像襯度分類2.像襯度1.相位襯度當(dāng)透射束和至少一束衍射束同時通過物鏡光欄參與成像時，由于透射束與衍射束的相互干涉，形成一種反映晶體點(diǎn)陣周期性的條紋像和結(jié)構(gòu)像，這種像襯的形成是透射束和衍射束相位相干的結(jié)果，故稱相位襯度。2.振幅襯度振幅襯度是由于入射電子通過試樣時，與試樣內(nèi)原子發(fā)生相互作用而發(fā)生振幅的變化，引起反差。振幅襯度主要有質(zhì)厚襯度和衍射襯度兩種。透射電鏡像襯度振幅

5、襯度質(zhì)厚襯度非晶體樣品襯度衍射襯度晶體樣品襯度相位襯度圖1透射電鏡像襯度分類質(zhì)厚襯度質(zhì)厚襯度定義：非晶體樣品透射電子顯微圖像襯度是由于樣品不同微區(qū)間存在原子序數(shù)或厚度的差異而形成的，即質(zhì)量厚度襯度，簡稱質(zhì)厚襯度。原理：質(zhì)厚襯度是建立在非晶體樣品中原子對入射電子的散射和透射電子顯微鏡小孔徑角成像基礎(chǔ)上的成像原理。對于非晶體樣品來說，入射電子透過樣品時碰到的原子數(shù)目越多（或樣品越厚），樣品的原子核庫侖力場越強(qiáng)（或樣品原子序數(shù)越大或密度越大），被散射到物鏡光闌外的電子就越多，而通過物鏡光闌參與成像的電

6、子強(qiáng)度也就越低。這是因?yàn)殡娮哟┻^樣品時，通過與原子核的彈性作用被散射而偏離光軸，彈性散射截面是原子序數(shù)的函數(shù)。此外，隨樣品厚度增加，將發(fā)生更多的彈性散射。所以，樣品上原子序數(shù)較高或樣品較厚的區(qū)域（較黑）比原子序數(shù)較低或樣品較薄的區(qū)域（較亮）將使更多的電子散射而偏離光軸，如圖9-18所示。質(zhì)厚襯度透射電鏡總是采用小孔徑角成像，在圖9-18所示的明場成像即在垂直入射并使光欄孔置于光軸位置的成像條件下，偏離光軸一定程度的散射電子將被物鏡光欄擋掉，使落在像平面上相應(yīng)區(qū)域的電子數(shù)目減少（強(qiáng)度較小），原子序

7、數(shù)較高或樣品較厚的區(qū)域在熒光屏上顯示為較暗區(qū)域。反之，質(zhì)量或厚度較低的區(qū)域?qū)?yīng)于熒光屏上較亮的區(qū)域。所以，圖像上的明暗程度的變化反映了樣品上相應(yīng)區(qū)域的原子序數(shù)（質(zhì)量）或樣品厚度的變化。此外，也可以利用任何散射電子來形成顯示質(zhì)厚襯度的暗場像。顯然，在暗場成像條件下，樣品上較厚或原子序數(shù)較高的區(qū)域在熒光屏上顯示為較亮區(qū)域。質(zhì)厚襯度受到透射電子顯微鏡物鏡光欄孔徑和加速電壓的影響。衍射襯度由X射線衍射原理我們得出布拉格方程的一般形式為因?yàn)樗赃@說明，對于給定的晶體樣品，只有當(dāng)入射波長足夠短時，才能產(chǎn)生衍

8、射。而對于電鏡的照明光源——高能電子束來說，比X射線更容易滿足。通常的透射電鏡的加速電壓為100~200kV，即電子波的波長為10-2~10-3nm數(shù)量級，而常見晶體的晶面間距為100~10-1nm數(shù)量級，于是電子衍射原理這表明，電子衍射的衍射角總是非常小，這是它的花樣特征之所以區(qū)別X射線衍射的主要原因。電子衍射原理（a）單晶體---排列十分整齊的許多斑點(diǎn)（b）多晶體---一系列不同半徑的同心圓環(huán)（c）非晶------一個漫散的中心斑點(diǎn)（d）準(zhǔn)晶（d）準(zhǔn)晶衍射襯度定義：對晶體樣品，電子將發(fā)生相干