第二篇 金属电子显微分析Electron Microanalysis for Metals
第一章 电子光学基础The Electron Optics
引言
1.显微分析的任务：了解材料的化学成分、形貌和晶体结构
The microanalysis: Composition, topography, and crystals construction.
2.电子光学仪器：透射电子显微镜（TEM）,扫描电子显微镜(SEM)
The instrument of electron optics:
Transmission Electron Microscope (TEM), Scanning Electron Microscope (SEM)
3.以电子光学方法将具有一定能量的电子(或离子)会聚成细小的入射束，通过与样品物质的相互作用激发表征材料微观组织结构特征的各种信息，检测并处理这些信息从而给出形貌、成分和结构的丰富资料，是所有电子光学仪器的共同特点。
3.The incident beam of electrons (or ions) condend with electronic optics technique interact with the materials of samples to exact and product the informati精彩广告语
on of materials’ topography, crystals construction, and also, to detect and to treat the information about the composition, topography, and crystals construction.
4.微区分析新技术
4.Micro-analysis technique.
1.1.几何光学: 折射定律，Geometric Optics :Refractive law
光的折射是其成像基础。Refraction Law, the basic principle of imaging.
薄透镜性质Thin lens’ properties：
1）薄透镜焦距定律
Thin lens’ focus law：(1/L1)+ (1/L2)=1/f,
L1– 薄透镜物距 Object distance ； L 2—薄透镜像距 image distance；f—薄透镜焦距focus。
放大倍数Magnification :M = L2/L1
1.2.光学显微镜以及它得分辨率极限受到可见光波长的限制
Optical Diffraction, Optical microscope and limitation of its Resolution
Visible light： wavelength: 390nm－760nm
根据衍射理论推导，点光源通过透镜产生的埃利斑半径
Radii of Airy spot ：
Ro =( 0.61 /n sin)M,
式中 n-- 透镜物方介质折射率
Refractor in object side；
--照明光波长Wavelength；
--透镜孔径半角 Half angle of aperture of lens；
M--透镜放大倍数Magnification of lens.
说明：埃利斑半径与照明光源波长成正比，与透镜数值孔径成反比。两埃利斑中心间距等于第一暗环半径R0。此时样品上相应的两个物点间距离△r0。定义为透镜能分辨的最小距离，也就是透镜的分辨本领： ro =( 0.61 /n sin)
对于玻璃来说，最大的孔径半角=70~75，物方介质为油情况下，n≈ 1.5，其数值孔径 nsin ≈1.25 ~ 1.35。
因此式可以简化为：ro =(1/2)
以上说明分辨本领主要取决于照明波长。可见光的波长在3900~7600之间，光学透镜分辨本领极限值可达2000。由衍射,埃利园斑决定.
Diffraction, the Airy spot size: RO=(0.61/n sin )M
Resolution for visible light △ro=(1/2)
1.3.有效放大倍数 Effective Magnification for microscope
The resolution of persons’ eyes is 0.2mm, but the resolution of Optical microscope is 0.2m （2000）.
The effective magnification is Meff =re/r0
Herere—The resolution of persons’ eyes, r0—the resolution of Optical microscope
人眼的分辨本领大约是0.2mm，光学显微镜分辨本领极限大约是0.2m（2000）有效放大倍数: M =re/r0
式中M有效—显微镜有效放大成功的营销案例
倍数；re—人眼分辨本领；r0—显微镜分辨本领。
The effective Magnification of Optical microscope Meff=1000, The largest magnitude is 1000~1500. If we want to increa Meff the most important thing is to u the source with short wavelength.
光学显微镜相应的有效放大倍数M有效=1000倍，最高放大倍数在1000~1500倍。若要提高显微镜的分辨本领，关键是要有短波长的照明源。
光学显微镜与电子显微镜的比较
Comparing table for optical microscope and electronic microscope (TEM)
表1.光学显微镜与电子显微镜的比较表
Table 1.Comparing table for optical microscope and TEM
| 光学显微镜 Optical microscope | 电子显微镜 Electronic microscope (TEM) |
照明束Illumination beam | 可见光 Visible light | 电子束 Electron beam |
波长Wavelength | 390nm－760nm | =(150/U)1/2 e.g. U =100kv, =0.0037nm |
透镜的分辨率Resolution | 由衍射,埃利园斑决定 diffraction, the Airy spot size RO=(0.61/n sin )M 分辨Resoluti安全生产总结报告
on △ro=0.61/(n sin ) △ro=(1/2) | 1、 衍射, 埃利园斑 diffraction, the Airy spot size RO=(0.61/n sin )M 2、 球差Spherical aberration CS 分辨Resolution △ro=0.49CS1/43/4 |
最好分辨The best resolution | 200nm | 0.1nm （300kv） |
放大倍数Magnification | 1000～1500 | 几十万倍 600K |
透镜Lens | 光学透镜Optical Lens | 电磁透镜Electric and Magnetic Lens |
条件Condition | 大气Atmosphere | 真空Vacuum |
| | |
1.4. 电子的波性及其波长 Wavelength of electron wave
1. 电子波粒二相性，Duplication of the electron wave
2. 德布罗义关系式
Formula of de Broglia wave
P=h/,
式中 h—Plank const,普朗克常数, is the wavelength, 波长。
这个波叫做物质波或德布罗意波。粒子的运动服从波粒二象性的规律。
一个初速为0的电子，受加速电压U的作用获得的运动速度为，它们之间的关系为：
(1/2)mv2=eU,
整理得： = h / (2meU)1/2 把h=6.6210-34Js，e=1.6010-19C，m0=9.1110-34kg 代入（1-12a）可得： Formula of de Broglia wave Electronic wavelength:
电子波长 Wavelength of electron wave
：； U:V
第二章 透射电子显微镜 Transmission Electron Microscope (TEM)
2.1透射电子显微镜构成：
Construction of TEM:
1、电子光学系统母亲的春天
（镜筒）；
Electron Optics system
1)电子光学系统Electron Optics system :
电子枪 Electron gun, 聚光镜 Condenr, 倾斜调节装置 Tilt asmbly
2)成象系统Imaging System：
物镜 Object Lens， 中间镜 Middle Lens (Intermediate lens) ， 投影镜 Project Lens；
3)图象记录系统Record System of image；
4)样品架Specimen holder， 样品铜网 Cupper grid
2、电源和控制系统（包括电子枪高压电源，透镜电源，控制线路电源等）
Power supply and control system (include High voltage power supply for electron gun, power supply for lens, and power supply of control circuits)
