透射电子显微镜的原理及制样(在稠油中应用)

透射电子显微镜的原理及制样(在稠油中应用) 透射电子显微镜的原理及制样(在稠油中应用) 中 国 地 质 大 学 研究生课程论文封面 课程名称 教师姓名 ****** 研究生姓名 ****** 研究生学号研究生专业 化学工程与技术 所在院系 材化学院 类 别 硕士 日 期 2****年1月10日 评 语 注:1、无评阅人签名成绩无效; 2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效; 3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。 材料表征技术 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 透射电子显微镜的原理及制样 摘 要 稠油中的微量金属元素含量较高，通常高于常规原油。稠油中的微量金属元素不仅会使下游加工生产中的催化剂中毒、使产品质量下降。而且，稠油中的微量金属元素会对稠油水热催化降粘产生一定的影响。为了实验室对稠油催化降粘进行更深一步的研究(如:探索稠油中的金属元素对催 化降粘的影响，探索稠油中的金属元素与催化剂的选择之间的关系等)， 本文将对稠油中金属元素的种类、赋存状态、分离方法、鉴定方法进行简 单的介绍。 关键词:稠油;微量金属元素;赋存状态;分离;鉴定 1 材料表征技术报告 目 录 第1章 引 言 .................................................................................................................... 1 第2章 TEM基本原 理 .................................................................................................. 1 2.1 TEM成像原 理..................................................................................................... 1 2.1.1 工作原 理 .................................................................................................. 1 2.1.2 电磁透镜聚焦原 理 .................................................................................. 1 2.1.3 TEM光 路.................................................................................................. 2 2.2 TEM分辨 率......................................................................................................... 3 2.2.1 瑞利判 据 .................................................................................................. 3 2.2.2 TEM分辨率的影响因 素.......................................................................... 3 2.3 衬度理 论 ............................................................................................................. 4 2.3.1 质厚衬 度 .................................................................................................. 4 2.3.2 衍射衬 度 .................................................................................................. 4 2.3.3 相位衬 度 .................................................................................................. 4 2.4 TEM的图像类 型................................................................................................. 5 2.4.1 一维结构 像 .............................................................................................. 5 2.4.2 二维晶格 像 .............................................................................................. 5 2.4.3 单原子像(高分辨 像) .......................................................................... 6 2.4.4 TEM图像解析问 题.................................................................................. 6 2.5 电子衍 射 ............................................................................................................. 7 2.5.1 电子衍射的优缺 点 .................................................................................. 7 2.5.2 电子衍射花 样 .......................................................................................... 7 第3章 TEM仪器组成与实验方 法 ................................................................................ 9 3.1 仪器组 成 ............................................................................................................. 9 3.2 实验方 法 ............................................................................................................. 9 3.2.1 TEM对样品的要 求.................................................................................. 9 3.2.2 TEM常见制样方 法................................................................................ 10 3.2.3 常规制样要 求 ........................................................................................ 11 3.2.4 生物样品的染色技 术 ............................................................................ 11 1 材料表征技术报告 第4章 TEM的评价及发 展 .......................................................................................... 13 4.1 对TEM的评 价 ................................................................................................ 13 4.1.1 TEM的优 点............................................................................................ 13 4.1.2 TEM的缺点与局 限................................................................................ 13 4.2 TEM的发 展....................................................................................................... 14 4.2.1 原位 TEM .............................................................................................. 14 4.2.2 3D拓扑重构技 术 ................................................................................... 14 4.2.3 球差校正 TEM ...................................................................................... 14 2 材料表征技术报告 第1章 引言 人们对微观世界的探索有着漫长的历史，光学显微镜出现以后，人们 才看到了细胞和细菌。上世纪三十年代电子显微镜的问世，使人们有了更 有利的工具来探求微观世界的奥秘。 电子与物质相互作用会产生透射电子，弹性散射电子，能量损失电子， 二次电子，背反射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子，阴极发光和电动 力等等。电子显微镜就是利用这些信息来对试样进行形貌观察、成分分析和结构测定的。电子显微镜有很多类型，主要有透射电子显微镜(简称透射电镜，TEM)和扫描电子显微镜(简称扫描电镜，SEM)两大类。扫描透射电子显微镜(简称扫描透射电镜，STEM)则兼有两者的性能[1]。本文主要介绍透射电子显微镜。透射电子显微镜(Transmission electron microscope，缩写TEM)，简称透射电镜[2]，其名称中包括以下三个关键词:(1)显微镜:显示微观世界的仪器; (2)电子:以电子束做光源(区别于光学显微镜);(3)透射:光线穿透样品(获得投影像，区别于SEM)。 高分辨透射电子显微镜(TEM)是人类认识微观世界的重要桥梁，1931年6月4日Knoll和Ruska首次报道研制成功第一台透射电子显微镜(TEM)，Ruska也因此获得了1986的诺贝尔物理学奖。几年后德国、英国和加拿大等国开始研制透射电镜。20世纪70年代具有高分辨率的透射电镜和分析电镜出现后，它的分辨水平日臻细微，功能更趋多样。经过八十多年的发展，TEM技术在电子衍射学、图像学(原子结构、磁电畴观察)、谱学、电子全息术、高低温/磁/电场原位加载技术等多个方面都获得了长足的发展，已成为现代实验室中一种不可或缺的研究晶体结构和化学组成的综合仪器[3-5]。 我国目前在电子显微镜的研制方面技术相对薄弱,能够制造出的电子显微镜其稳性定、可靠性、分辨率等方面与国外相比还有不小差距。尤其在透射电子显微镜制造方面,目前我国还没有形成一条透射电子显微镜产业链。因此，对TEM的研究也受到了国家的高度重视[1]。目前，中科院 物理所、中科院沈阳金属所、北京电子显微镜中心(清华大学电子显微镜实验室)在做TEM方面处于国内领先水平。 1 材料表征技术报告 第2章 TEM基本原理 2.1 TEM成像原理 2.1.1 工作原理 透射电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，只不过光源由可见光变为了电子束，透镜由玻璃的光学透镜变为了电磁透镜。透射电子显微镜与光学显微镜的比较如图2.1所示。 图2.1 光学显微镜与TEM比较图 透射电镜，通常采用热阴极电子枪来获得电子束作为照明源。热阴极发射的电子，在阳极加速电压的作用下，高速穿过孔，然后被聚光镜会聚成具有一定直径的束斑照在样品上。具有一定能量的电子束与样品发生作用，产生反应样品微区厚度、平均原子序数、晶体结构或位相差别的各种信息。透过样品的电子束强度(取决于上述信息)，经过物镜聚集放大在其像平面上形成一幅反映这些信息的透镜电子像，经过中间镜和投影镜进一步放大，在荧光屏上得到三级放大的最终电子图像，还可将其记录在电子感光板或胶卷上。 2.1.2 电磁透镜聚焦原理 电磁透镜的作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩小，使原来直径约为50mm的束斑聚焦成一个只有数nm的细小束斑。 电磁透镜的聚焦原理:通电的短线圈就是一个简单的电磁透镜，它能造成一种轴对称不均匀分布的磁场。穿过线圈的电子在磁场的作用下将作圆锥螺旋近轴运动。而一束平行于主轴的入射电子通过电磁透镜时将被聚焦在主轴的某一点。电磁透镜只有会聚作用，即只有凸透镜。电磁透镜在成像时会产生像差，主要是色差以及球差。图2.2为电 1 材料表征技术报告 磁透镜的聚焦线路图。 图2.2 电磁透镜的聚焦线路图 2.1.3 TEM光路 TEM的光路与幻灯机的光路非常类似，他们的比较如图2.3所示。TEM与SEM虽然都是属于电子显微镜，但是两者在光路上存在一定差别，其比较如图2.4所示。 图2.3 幻灯机与TEM光路比较图 (a) (b) 图2.4 SEM与TEM光路比较图(a)SEM(b)TEM 2 材料表征技术报告 2.2 TEM分辨率 分辨率是电镜的主要性能指标。课程学习过程中，老师提到过对成分分析而言，它是指能进行成分分析的最小区域;对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。此处主要讲的是对成像而言的分辨率。 2.2.1 瑞利判据 对于两个等光强的非相干物点，如果一个像斑的中心恰好落在另一像斑的边缘(第一暗纹处)，则此两物点被认为是刚刚可以分辨。若两艾里斑中心距小于艾里斑半径，则两像点不能分辨，如图2.5所示。 ??0.61? (2-1)??sin? δ-两物点间距;λ-光的波长;μ-透镜与物体之间的介质折射率;β-入射孔径角，即光线从物体进入透镜的张角之半;μsinβ-称为数值孔径，用N.A.(Numerical Aperture)表示。 (a) (b) 图2.5 (a)可分辨与(b)不可分辨示意图 由公式(2-1)可得，对于特定的显微镜来说分辨率由入射光源的波长所决定。可见光的波长在3900,7600?，而电子束的波长约为可见光的十万分之一。光学玻璃透镜分辨本领的极限值可达0.2μm，最大放大倍率在2000倍左右。而透射电子显微镜的放大倍率可达百万倍，而且电磁透镜的分辨本领比光学玻璃透镜提高一千倍左右。当在100KV的加速电压下，电子波波长为0.037?，用这样短波长的电子波做显微镜的照明源，根据公式(2-1)可知，显微镜的最小分辨率可达0.02?左右。但是，由于TEM存在一定的缺陷，所以在不借助相差矫正设备的时候只可以达到1?~2?的水平。 2.2.2 TEM分辨率的影响因素 加速电压的高低能够决定电子的波长，根据公式(2-1)我们可以发现波长将影响显微镜的分辨率。因此，加速电压是TEM分辨率的重要影响因素。当加速电压一定的 3 材料表征技术报告 时候，TEM的分辨率主要取决于衍射效应以及球差。球差是限制电磁透镜分辨本领最主要的因素。此外，还有色差、像散等也是限制TEM分辨率提高的影响因素。 球差是由于电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。远轴的电子通过透镜是折射得比近轴电子要厉害的多，以致两者不交在一点上，结果在像平面成了一个漫散圆斑。在加速电压一定的情况下，尽量减小球差可以大幅提高TEM的分辨率。球差校正器的研究与应用是当前TEM发展的潮流～ 2.3 衬度理论 电子束透过试样后，透射电子束的强度及方向均发生了变化，由于试样各部位的结构、组成等不同，因而投射到荧光屏上各点的强度也是不均匀的，这种强度的不均匀分布现象就称为衬度，所获得的电子像称为透射电子衬度像。衬度形成的机制有两类:振幅衬度和相位衬度。其中振幅衬度又分为质厚衬度和衍射衬度。 2.3.1 质厚衬度 由于试样各部分的质量和厚度不同，与入射电子发生相互作用所产生的吸收与散射程度不同，从而使得透射电子束的强度分布不同，形成反差，称为质厚衬度。所有类型的样品均存在质厚衬度。对于常见样品(无机、有机、生物等材料)，质厚衬度的影响最为明显。 质厚衬度是TEM观察所有样品的基础，没有质厚衬度，则基本上TEM 图像中就没有对比度的存在，也就无法获得有价值的信息。图像中的明暗反映了不同区域的厚度或者质量存在的差异。如果样品组成均一，则图像明暗反映了区域的厚薄;如果样品组成不均一，那么暗区通常为原子序数较大的组分(但也不确定)。但是，质厚衬度的存在有时候会对感兴趣组分的TEM观察产生严重干扰，特别是对负载型催化剂金属活性组分的观察。 2.3.2 衍射衬度 由于晶体试样满足布拉格反射条件程度的差异以及结构振幅不同而形成电子图像反差。它仅存在于晶体结构物质，对于非晶体试样是不存在的。 2.3.3 相位衬度 如果透射束与衍射束可以重新组合，从而保持它们的振幅和位相，则可直接得到产生衍射的那些晶面的晶格像，或者一个个原子的晶体结构像。相位衬度仅适于很薄的晶体试样(?100?)。 4 材料表征技术报告 2.4 TEM的图像类型 2.4.1 一维结构像 如果倾斜晶体，使电子束平行于某一晶面入射，就可以获得一维衍射条件的花样。使用这种衍射花样，在最佳聚焦条件下拍摄的高分辨率电子显微像不同于晶格条纹像，含有晶体结构的信息。即将观察像与模拟像对照，就可以获得像的衬度与原子排列的对应关系。可直接测量晶面间距，观察孪晶，晶粒间界，和长周期层状晶体结构。 图2.6 Bi系超导氧化物的一维结构像 2.4.2 二维晶格像 如果电子束平行于某晶带轴入射，就可以满足二维衍射条件的衍射花样。在透射波附近出现反映晶体单胞的衍射波。在衍射波和透射波干涉生成的二维像中，能观察到显示单胞的二维晶格像。该图像虽然含有单胞尺度的信息，但不含原子尺度的信息，称为晶格像。二维晶格像和实际晶体结构中原子或原子团的配置有很好的对应性，可直接观察位错和晶界结构。 图2.7 β-碳化硅的二维晶格像 5 材料表征技术报告 2.4.3 单原子像(高分辨像) 在分辨率允许的范围内，尽可能多用衍射波成像，就可以使获得的像中含有单胞内原子排列的信息。一般结构像只有在比较薄的区域才能观察到，但对于轻元素在较厚的区域也可以观察到结构像。可以直接观察到原子的位置排布。图像的解释往往需要借助严格的计算模拟，不是所有高倍的晶格条纹像都可与原子排列情况相吻合。 图2.8 氧化硅结构像 a: β-氮化硅的结构像 c,e: β-氮化硅的模拟像和原子排列 2.4.4 TEM图像解析问题 TEM不同于光学显微镜，眼见不一定为真。因为，TEM所给的图像只是一个2D图像。要想解析一张TEM图像要比得到一张图更加困难。正如图2.9所示，我们很难通过碳纳米管2D的TEM图像判断，这些负载材料 是位于碳纳米管的外表层还是内表层。 图2.9 负载型碳纳米管TEM图像 6 材料表征技术报告 2.5 电子衍射 TEM成像系统可以实现两种成像操作:一种是将物镜的放大成像，即试样形貌观察;另一种是将物镜背焦面的衍射花样放大成像，即电子衍射分析。 根据阿贝成像理论，在物镜的后焦面上有衍射谱，可以通过减弱中间镜电流来增大其物距，使其物平面与物镜的后焦面相重合，这样就可以把物镜产生的衍射谱投到中间镜的像平面上，得到一次放大的电子衍射谱，再经过投影镜的放大作用，最后在荧光屏上得到二次放大的电子衍射谱。 TEM中的电子衍射，其衍射几何与X射线的衍射完全相同，都遵循布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系。衍射方向可以由厄瓦尔德球(反射球)作图求出。因此，许多问题可用与X射线衍射相类似的方法处理。 2.5.1 电子衍射的优缺点 与X射线衍射相比较，电子衍射存在着以下的优缺点: (1)使用电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结合起来，特别适合微区的结构分析。 (2)电子的波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从电子衍射花样可直观地辨认出一些晶体的结构以及取向关系，使得晶体结构的研究比X射线衍射的简单。 (3)物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约为X射线一万倍，曝光时间短。 (4)电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者产生交互作用，使电子衍射花样，特别是强度分析变得复杂，不能象X射线那样通过测量衍射峰的强度来测定结构以及进行定量分析。 (5)由于散射强度高导致电子透射能力有限，要求试样必须很薄，这就使得试样的制备工作较X射线复杂。 (6)电子束衍射的角度小，测量晶体结构的精度方面也远比XRD差。 2.5.2 电子衍射花样 非晶质样品的电子衍射花样是一些弥散的衍射环。多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环。单晶体的电子衍射花样是按一定周期重复排列的二维点阵。如图 2.10中所示。 7 材料表征技术报告 (a) (b) (c) 图2.10 电子衍射花样图(a)非晶质样品(b)单晶ZrO2(c)多晶MnO2 8 材料表征技术报告 第3章 TEM仪器组成与实验方法 3.1 仪器组成 透射式电子显微镜的总体结构包括镜体和辅助系统两大部分,镜体部分包含:?照明系统(电子枪,聚光镜),?成像系统(样品室,物镜,中间镜?1、 ?2,投影镜),?观察记录系统(观察室、照相室),?调校系统(消像散器、束取向调整器、光阑)。辅助系统包含:?真空系统(机械泵、扩散泵、真空阀、真空规),?电路系统(电源变换、调整控制),?水冷系统[1]。图3.1为透射电镜的镜体外形结构示意图。 图3.1 透射电子显微镜结构示意图 3.2 实验方法 3.2.1 TEM对样品的要求 1、粉末样品基本要求 (1)单颗粉末尺寸<1μm，需要观察高分辨图像的以厚度在100nm以下为宜; (2)如果颗粒较大且不能磨碎，则必须无磁性，以不能被磁铁吸起为好; (3)以无机成分为主，或者是结构稳定的有机物(如聚合物、生物大分子 9 材料表征技术报告 等)。不稳定的有机物容易造成电镜严重的污染，高压跳掉等。 (4)样品中不能含有在真空中易挥发的成分(如油、高沸点的溶剂等)。 2、块状样品基本要求 (1)需要电解减薄或离子减薄，获得几十纳米的薄区才能观察; (2)如晶粒尺寸小于1μm，也可用破碎等机械方法制成粉末来观察; (3)必须无磁性; (4)块状样品制备复杂、耗时长、工序多、需要有经验的老师指导或制备; 3.2.2 TEM常见制样方法 (1)粉末分散。这种方法适用于粉末材料。这种方法非常简单，只要把材料在合适的溶剂里分散，然后转移到带有支撑膜的铜网上就可以了。脆性的块体材料在研钵里粉碎后，也可以用这种方法制样。 (2)离子减薄。把块体材料研磨到很薄，然后放在离子减薄机内用能量较高的离子束轰击，直到穿孔。孔的边缘会有一些很薄的区域适合电镜观察。 (3)电化学减薄。把材料研磨到比较薄，放在合适的电解液里，加上一定的电压，过一段时间后，材料上就会有一部分被腐蚀掉，出现适合观察的薄区。 (4)超薄切片。把材料先用树脂包埋，固化后用特制刀具切出很薄的碎片。把碎片漂浮在合适的液体表面，然后再转移到铜网上就可以了。 (5)机械研磨。这通常是作为其它制样方法的前期步骤，但是有时候也可以作为一种独立的方法使用。比如使用抛光机把样品磨成楔形，边缘部位就会出现很薄的区域。 (6)聚焦离子束刻蚀(FIB)。这是近年来新兴的一种制样方法。在特殊的扫描电镜里，用聚焦的镓离子束对沿一定的路线对样品轰击，最后挖成一个薄片。这种方法最大的优点是位置精确，对于需要在特定位置进行观察的样品尤其适用。 (7)复形和萃取。这是比较古老的方法。复形就是复制形貌，有不 同的操作方法，最终都是用碳膜把材料表面形态复制下来，然后喷镀金属增加衬度。萃取是把碳膜附着在材料表面，把材料腐蚀掉后，某些抗腐蚀的颗粒就粘附在膜上成为样品。 以下为常规粉末样品的制备方法:根据需要选择高质量的普通碳膜、超薄碳 10 材料表征技术报告 膜或者微栅网(直径均为3mm)，这是关系到能否拍摄出高质量高分辨电镜照片的第一步;用镊子小心取出碳膜，将膜面朝上(在灯光下观察显示有黑色光泽的面，即膜面)，轻轻平放在白色滤纸上;取适量的粉末和乙醇在玛瑙研钵中研磨一段时间后(普通样品最好能够研磨至少10分钟以上)，密封于塑料管中超声分散10~30分钟，用毛细滴管吸取少量粉末和乙醇的均匀混合液，滴2~3滴到碳膜上(本步骤需要特别注意乙醇悬浮液的浓度，一般情况下可以稍微浓一点，若太稀则会明显影响观察的效率，于统计学不利)。等10分钟以上，以便乙醇挥发完毕，否则将样品装上样品杆插入电镜后将影响电镜的真空。 3.2.3 常规制样要求 (1)样品需置于直径为3mm的铜制载网上，网上附有支持膜; (2)样品必须很薄，使电子束能够穿透，一般厚度为100 nm 左右; (3)粉末样品或块状样品事先都必须在玛瑙研钵中充分研磨后，放入乙醇中超声分散30min以上，尽量保证样品的厚度合适且分散均匀，减小纳米颗粒之间的团聚。 (4)样品一般应是固体，必须存在于水或其他溶剂中的特殊样品无法直 接应用常规TEM测试; (5)样品应有足够的强度和稳定性，在电子线照射下不至于损坏或发生变化; (6)样品及其周围应非常清洁，以免污染而造成对图像质量的影响。 (7)较大颗粒的铁磁性样品不能进行TEM分析。 3.2.4 生物样品的染色技术 常规TEM观察条件下，未经染色的生物样品的衬度很差，特别是在高电压和高放大倍数的观察条件下。特别的，使用UHR极靴的也要比普通极靴的TEM衬度差。因此常需要对样品染色处理[6]。 正染色:利用重金属盐对样品浸染，使样品中的细胞器或者大分子吸附不同数量的重金属，增加各结构的电子密度，提高衬度。主要应用于细胞、组织一类生物材料的超薄切片染色观察。正染色试剂为醋酸双氧铀，柠檬酸铅。正染色时间一般为20~30min。 负染色:与前者相反，利用具有较高电子密度的重金属盐包围样品，以便在电子致密的灰色背景中反衬出低电子密度的白色样品。染色过程中样品与染剂并 11 材料表征技术报告 未发生作用。用于放置在支持膜上生物整体结构的染色，不被用于超薄切片染色。负染色试剂一般为醋酸双氧铀、磷钨酸、甲酸铀、钼酸铵。负染色时间相对较短一般几分钟。 12 材料表征技术报告 第4章 TEM的评价及发展 即便TEM有很多的优点，为我们研究微观世界提供了很多的便利，但是，其依然存在一些缺点与局限。世界上很多研究者在针对这些缺点与局限进行着相关的研究，以使TEM不断发展趋于完善。 4.1 对TEM的评价 4.1.1 TEM的优点 用TEM可以很好的观察纳米颗粒的形貌，尤其是尺寸在10nm以下的，如各类金属颗粒、量子点的观察等。并且，其具有极高分辨率，可方便地获得材料的晶格条纹像乃至高分辨的原子像，结合选区电子衍射等手段可以对微区的晶体学特征、缺陷结构等进行详细的研究。 由于TEM具有很高的加速电压，电子束能量较高，可以激发出很多信号，使得TEM可以配备多种其他分析手段以获得样品更全面的信息。如其可以结合EDS和EELS对样品中的元素进行定量分析[7, 8]。 并且，由于TEM的成像电子束穿透样品，因此在合适的制样条件下可以有效反映出孔道结构、空心结构等的特点。 4.1.2 TEM的缺点与局限 常规TEM手段仅能获得二维投影像，无法有效反映三维形貌及结构特征。很多时候仅凭二维图像难以还原样品的真实形貌特征。这是TEM区别于SEM的一个显著特点。并且由于图像中多种衬度可能同时存在，导致最后得到的投影图像很可能出现误导性的因素。这使得图像解释非常困难。 TEM的制样过程是一个破坏性制备过程。为了使电子束能够穿过样品， 需要人为地把样品减薄。而这实际上是个对材料的破坏过程，该过程有可能使样品发生变化，以致最终看到的并非材料原先的性质，而是制样过程引入的假象。 在TEM测试中使用电压高达200kV的高能电子束照射样品，电子能量在105,106eV量级，并且束流密度很高。实验过程中大量高能量电子被持续地倾泻到样品上。虽然大部分电子会毫无遮挡地穿过样品，其余的电子会和样品里的原子发生碰撞，并且可能在碰撞时向原子传递能量。样品吸收能量后可能出现多种变化，比如温度升高，原子电离，原子移动等等。而这些变化又可能引发更多相 13 材料表征技术报告 关变化，比如相变，缺陷移动，结构崩塌，原子迁移甚至分解等等。 TEM实验是在真空环境中进行的，这与材料的真实应用环境存在差距。这种环境有可能会对材料的性质或结构有影响，尤其是做表面研究的时候。TEM的内部环境跟理想条件有差距，有时需要考虑这种差距的影响。 TEM的另一个大缺点就是低采样率。由于TEM的观察范围很小，而且样品很薄，实验测试到的样品区域只占整体材料的极小一部分。这个微小的区域未必能真实反映材料的性质。因此，基于TEM实验数据做结论的时候一定要慎重，必须仔细考虑所得实验结果是否具有普遍意义。 并且，由于球差等的存在使得TEM的分辨率一直达不到理想的状态。 4.2 TEM的发展 4.2.1 原位TEM 为了对反应过程中晶体的生长等过程进行观察，原位TEM应运而生。原位TEM指的是一边反应一边进行TEM检测。Christopher B. Murray[9]在表征纳米晶生长和自组装过程中取得突破，其利用原位TEM将此两个过程完全动态实时的监控下来了。Zheng Haimei等[10, 11]在原位TEM方面也取得了长足的进步。 4.2.2 3D拓扑重构技术 常规TEM手段仅能获得二维投影像，无法有效反映三维形貌及结构特征。很多时候仅凭二维图像难以还原样品的真实形貌特征。为了解决这个问题，3D拓扑重构技术应用的TEM分析上来，以构建样品的三维图像[12, 13]。 4.2.3 球差校正TEM 由前面第2章的介绍我们得知TEM的实际分辨率很难达到理想状态，即约为入射电子波长的一般。这主要受到球差等的影响。为了提高TEM的分辨率球差矫正器得到研究，并且取得了可观的成果[14, 15]。目前，日本学者[15]已经将TEM的分辨率提到了0.67?。 除此之外，其还被应用到DNA的拍摄过程中，意大利的学者[16]利用电子显微镜得到第一张DNA照片。 14 材料表征技术报告 第5章 总结 校对报告 当前使用的样式是 [化学通报] 当前文档包含的题录共19条 有0条题录存在必填字段内容缺失的问题 所有题录的数据正常 参考文献 [1] 童超. 场发射枪透射电子显微镜主体镜筒的设计分析[D]. 北京交 通大学, 2011. [2] 李斗星. 透射电子显微学的新进展?透射电子显微镜及相关部件 的发展及应用[J]. 电子显微学报. 2004(03): 269-277. [3] B W D, B C C. Transmission Electron Microscopy:A Textbook for Materials Science. [M]. New York: Springer Science & Business Media, 1996. [4] 西门纪业，葛肇生. 电子显微镜的原理和设计[M]. 北京: 科学出版 社, 1979. [5] 邱棣华. 材料力学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004. [6] 付洪兰. 实用电子显微镜技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004. [7] Quintana C, Marco S, Carrascosa J L. 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