《金相分析基礎(chǔ)》-課件：電子光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

金相分析基礎(chǔ)電子顯微分析——電子光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)光學(xué)顯微鏡觀察金相組織，放大倍數(shù)小于2000倍，很多組織中的片層結(jié)構(gòu)、針狀結(jié)構(gòu)、第二相、共晶體等很難清楚的觀測(cè)到。1932年由德國(guó)研制出第一臺(tái)電子顯微鏡（電鏡），1939年西門子公司生產(chǎn)第一臺(tái)商品電鏡，之后普遍使用。掃光描學(xué)電金斷顯子相裂微顯組形鏡微織貌鏡一、電子的波長(zhǎng)光學(xué)顯微鏡：可見光電子顯微鏡：電子束光源e?e?e?e??e?e一、電子的波長(zhǎng)質(zhì)量m的電子，以速度v作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一列波在傳播波長(zhǎng)λ=h/mv（1）（h—普朗克常數(shù)6.63×10-34J?S）當(dāng)v<<c時(shí)，m=m

（m

=9.1×10

kg）-310012???0初速為0的電子，在加速電壓U的作用下，獲得速度v，2??

=

?

?

?

?

=02（2）（e=1.6×10-19C）一、電子的波長(zhǎng)?150

12.25（2）帶入（1）

得，?

===?2?0???加速電壓越高，電子波長(zhǎng)越短。常用U=50～100kV，λ約為可見光的十萬分之一。由d=λ/2NA，當(dāng)NA一定時(shí)，λ越短，分辨率越高。二、電磁透鏡e?e??e?e電子透鏡e??e

=e?試樣二、電磁透鏡電子透鏡：利用電場(chǎng)或磁場(chǎng)作用使電子改變運(yùn)動(dòng)方向。靜電透鏡電子透鏡恒磁透鏡電磁透鏡磁透鏡二、電磁透鏡電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將受到磁場(chǎng)力的作用，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力稱為洛倫茲力。不受磁場(chǎng)力，大小、運(yùn)動(dòng)方向不變受磁場(chǎng)力，不改變速度只改變方向，?均勻磁場(chǎng)中?

∥

?,??

⊥

?,圓周運(yùn)動(dòng)二者之間，螺旋運(yùn)動(dòng)1、直線運(yùn)動(dòng)。2、勻速圓周運(yùn)動(dòng)。二、電磁透鏡電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將受到磁場(chǎng)力的作用，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力稱為洛倫茲力。3、粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)有一夾角（大于0度小于90度）軌跡為螺線。在均勻磁場(chǎng)中，不可能將電子束進(jìn)行聚焦。二、電磁透鏡電子顯微鏡中都采用非均勻彎曲磁場(chǎng)聚焦。短線圈磁力線能產(chǎn)生對(duì)稱非均勻磁場(chǎng)的磁極裝置稱為磁透鏡。二、電磁透鏡電磁透鏡是一個(gè)軸對(duì)稱的電磁鐵。電子在磁場(chǎng)作用下作圓錐螺旋運(yùn)動(dòng)，會(huì)聚成一點(diǎn)。電子的圓錐螺旋運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)越強(qiáng)，透鏡對(duì)電子束會(huì)聚能力越強(qiáng)，焦距越短，放大倍數(shù)越高。二、電磁透鏡1

11????由

+

=

，得

M=

=1.放大倍數(shù)?

????當(dāng)像距v一定時(shí)，焦距f越小，放大倍數(shù)M越大。????

2Ur——加速電壓k——常數(shù)（>0）焦距?

=

?I——通過電磁線圈的電流強(qiáng)度N——線圈匝數(shù)可知f>0，

故電磁透鏡總是會(huì)聚透鏡。電磁透鏡可任意改變焦距，優(yōu)于光學(xué)透鏡。二、電磁透鏡02.

像差：球差、像散、色差。球差：透鏡磁場(chǎng)中，遠(yuǎn)軸區(qū)域比近軸區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)（對(duì)電子束折射能力強(qiáng)，使電子不能會(huì)聚在同一像點(diǎn)）。像平面P

’’入射電子束zP’P最小散焦斑a)球差二、電磁透鏡02.

像差：球差、像散、色差。A面

B面像散：透鏡加工不精zPBPPA確，使磁場(chǎng)不對(duì)稱。A面與B面正交b)像散二、電磁透鏡02.

像差：球差、像散、色差。E電子軌跡入射電子束色差：成像電子波長(zhǎng)zP’P像平面Ⅰ（或能量）不同。E-ΔE電子軌跡像平面Ⅱc)色差二、電磁透鏡02.

像差：球差、像散、色差。電子束能量變化原因：）加速電壓不穩(wěn)定；

穩(wěn)定加速電壓12）電子束照射到樣品上有能量損失。試樣做薄一般來說，樣品越厚，能量損失越大，色差越嚴(yán)重。二、電磁透鏡02.

像差：球差、像散、色差。電磁透鏡的像差只能適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償校正，不能完全的消除。即使如此，也能呈現(xiàn)出高放大倍數(shù)下的高清顯微照片?！敖馃o足赤，人無完人”

，淡然面對(duì)自身的不足，懷著積極的心態(tài)，奮力拼搏，做一個(gè)接近“完人”的人！二、電磁透鏡03.

分辨率?由如像差校正完全，d≈λ/2。?

=2??電磁透鏡理論分辨距離可達(dá)0.002nm

，但由于電磁透鏡不能有效校正像差，故只能達(dá)到0.2nm。二、電磁透鏡04.

景深和焦長(zhǎng)景深：保持像清晰度的情況下，物平面可沿軸向移動(dòng)的距離。孔徑角小，景深大。焦長(zhǎng)：保持像清晰度的情況下，像平面可沿軸向移動(dòng)的距離?？讖浇切?，焦長(zhǎng)大。電磁透鏡比光學(xué)透鏡的景深更大，焦長(zhǎng)更長(zhǎng)。電子束做照明源，提高分辨率。加速電壓

電子波長(zhǎng)

分辨率電子的波長(zhǎng)電子透鏡電子光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)