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第1页，共32页，星期日，2025年，2月5日2.4.1电镜近期发展简介

电镜自1932年问世以来，经过半个世纪的发展，不但作为显微镜主要指标的分辨本领已由10nm(1939年第一台商用透射电镜)提高到0.1-0.3nm，可以直接分辨原子，并且还能进行纳米尺度的晶体结构及化学组成的分析，成为全面评价固体微观特征的综合性仪器。第2页，共32页，星期日，2025年，2月5日电镜在材料科学中的应用可以说是经历了三个高潮：

1）50-60年代的薄晶体中位错等晶体缺陷的衍衬像的观察；

2）70年代极薄晶体的高分辨结构像及原子像的观察；

3）80年代兴起的分析电镜的对纳米区域的固体材料，用X射线能谱或电子能量损失谱进行成分分析及用微束电子衍射进行结构分析。第3页，共32页，星期日，2025年，2月5日在此期间，人们还致力于发展超高压电镜、扫描透射电镜、环境电镜以及电镜的部件和附件等，以扩大电子显微分析的应用范围和提高其综合分析能力。第4页，共32页，星期日，2025年，2月5日2.4.2高分辨电镜

高分辨电镜可用来观察晶体的点阵像或单原子像等所谓的高分辨像。这种高分辨像直接给出晶体结构在电子束方向上的投影，因此又称为结构像(图4-86)。

加速电压为100kV或高于100kV的透射电镜(或扫描透射电镜)，只要其分辨本领足够的高，在适当的条件下，就可以得到结构像或单原子像。从用100kV、500kV和1000kV电镜所观察到的原子排列很接近理论预言的情况，也和X射线、电子衍射分析结果相近。第5页，共32页，星期日，2025年，2月5日图4.86硅[110]晶向的结构像第6页，共32页，星期日，2025年，2月5日结构像的衬度-SEM像衬之三—位相衬度

在SEM质厚衬度成像时，一般是用物镜光阑挡掉散射光束，使透射束产生衬度。

但在极薄(如60nm)样品条件下或观察单个原子时，它们不同部位的散射差别很小，或者说样品各点散射后的电子差不多都通过所设计的光阑，这时就看不到样品各部位电子透过的数目差别，即看不到质厚衬度。但在这时，散射后的电子其能量会有10-20eV的变化，这相当于光束波长的改变，从而产生位相差别。第7页，共32页，星期日，2025年，2月5日如图4.87是一个行波图，本应为T波，现在变成了I波，两者之间的位相角差一个△φ，但两者的振幅应相当或近似相等，只是差一个散射波S，它和I波的位相差π/2，在无像差的理想透镜中，S波和I波在像平面上，可以无像差的再迭加成像，所得结果振幅和T一样，我们不会看到振幅的差别，如图4.88(a)。第8页，共32页，星期日，2025年，2月5日图4.87行波图第9页，共32页，星期日，2025年，2月5日但如果使S波改变的位相，那么如图4.88(b)所示，就会看到振幅I+S与T的不同，这种形成的衬度就叫做位相衬度。在透射电镜中，球差和欠焦都可以使S波的位相改变，从而形成位相衬度。第10页，共32页，星期日，2025年，2月5日图4.88复振幅图第11页，共32页，星期日，2025年，2月5日实际上，透射电镜的像衬度，一般来说是质厚衬度和位相衬度综合的结果。

对于厚样品来说，质厚衬度是主要的；对于薄样品来说，位相衬度则占主导地位。

以位相衬度形成的单原子像或结构像的观测标志着电镜已得到了重大发展。第12页，共32页，星期日，2025年，2月5日在大分子中有意识地引进重原子，用高分辨电镜直接观察和拍摄照片，根据重原子所占据的位置就可以得到大分子的结构信息；

另外，观察晶体的原子结构像及其缺陷，就能把材料的宏观性质与其微观结构直接联系起来，从而使人们的视野扩展到分子和原子的水平。第13页，共32页，星期日，2025年，2月5日2.4.3超高压电镜

一般将加速电压大于500kV的SEM称为超高压电镜。现世界上已出现3000kV的超高压电镜。第14页，共32页，星期日，2025年，2月5日(1)可观察较厚的样品。提高加速电压，亦即提高了电子的穿透能力，可以在观察较厚样品时也能达到很高的分辨本领(超高压电镜的分辨本领目前已达到甚至超过了100kV电镜的水平)。

这使利用SEM观察无机非金属材料薄膜样品成为可能。第15页，共32页，星期日，2025年，2月5日图4.891MV超高压电镜下观察到的玻璃纤维（直径约5μm）的暗场像第16页，共32页，星期日，2025年，2月5日(2)可观察“活”样品或含水样品。具体做法是用一个环境室代替普通样品台。前者是一个薄壁