透射电子显微镜透射电镜

p 　　透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, 简称TEM)，是一种把经加速和聚集的电子束透射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度等相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像在放大、聚焦后在成像器件(如荧光屏，胶片以及感光耦合组件)上显示出来的显微镜。 /p p 　 strong 　1 背景知识 /strong /p p 　　在光学显微镜下无法看清小于0.2微米的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超细结构。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前TEM分辨力可达0.2纳米。 /p center p style=" text-align:center" img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/e4bcd2dc67574096b089e3a428a72210_th.jpeg" height=" 316" width=" 521" / /p /center p style=" text-align: center " strong 电子束与样品之间的相互作用图 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp 来源：《Characterization Techniques of Nanomaterials》[书] /p p 　　透射的电子束包含有电子强度、相位以及周期性的信息，这些信息将被用于成像。 /p p 　　 strong 2 TEM系统组件 /strong /p p 　　TEM系统由以下几部分组成： /p p 　　电子枪：发射电子。由阴极，栅极和阳极组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速和加压的作用。 /p p 　　聚光镜：将电子束聚集得到平行光源。 /p p 　　样品杆：装载需观察的样品。 /p p 　　物镜：聚焦成像，一次放大。 /p p 　　中间镜：二次放大，并控制成像模式(图像模式或者电子衍射模式)。 /p p 　　投影镜：三次放大。 /p p 　　荧光屏：将电子信号转化为可见光，供操作者观察。 /p p 　　CCD相机：电荷耦合元件，将光学影像转化为数字信号。 /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/077c0e70dca94509a9990ee4bf72b7c8_th.jpeg" height=" 359" width=" 358" / /center p style=" text-align: center " strong 透射电镜基本构造示意图 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp 来源：中科院科普文章 /p p 　　 strong 3 原 理 /strong /p p 　　透射电镜和光学显微镜的各透镜及光路图基本一致，都是光源经过聚光镜会聚之后照到样品，光束透过样品后进入物镜，由物镜会聚成像，之后物镜所成的一次放大像在光镜中再由物镜二次放大后进入观察者的眼睛，而在电镜中则是由中间镜和投影镜再进行两次接力放大后最终在荧光屏上形成投影供观察者观察。电镜物镜成像光路图也和光学凸透镜放大光路图一致。 /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/e9d4e63ae7de44bdb90ac7b937a15169_th.jpeg" height=" 333" width=" 422" / /center p style=" text-align: center " strong 电镜和光镜光路图及电镜物镜成像原理 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp 来源：中科院科普文章 /p p 　　 strong 4 样品制备 /strong /p p 　　由于透射电子显微镜收集透射过样品的电子束的信息，因而样品必须要足够薄，使电子束透过。 /p p 　　试样分类：复型样品，超显微颗粒样品，材料薄膜样品等。 /p p 　　制样设备：真空镀膜仪，超声清洗仪，切片机，磨片机，电解双喷仪，离子薄化仪，超薄切片机等。 /p p 　　 /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/57ee42cd8391437292cd04cc7bd24694_th.jpeg" height=" 296" width=" 406" / /center p style=" text-align: center " strong 超细颗粒制备方法示意图 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp 来源：公开资料 /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/2ddf2c80dbe34a069bc51a3595a55160_th.jpeg" height=" 325" width=" 404" / br/ strong 材料薄膜制备过程示意图 /strong /center p 　　来源：公开资料 /p p 　 strong 　5 图像类别 /strong /p p 　　 strong (1)明暗场衬度图像 /strong /p p 　　明场成像(Bright field image):在物镜的背焦面上，让透射束通过物镜光阑而把衍射束挡掉得到图像衬度的方法。 /p p 　　暗场成像(Dark field image):将入射束方向倾斜2θ角度，使衍射束通过物镜光阑而把透射束挡掉得到图像衬度的方法。 /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/c458ccf5fa5c4ffa9cb948e2d28b76b0.png" height=" 306" width=" 237" / br/ strong 明暗场光路示意图 /strong /center center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/701e2e4343ea4409b3afdd92e1717804.jpeg" height=" 318" width=" 294" / br/ strong 硅内部位错明暗场图 /strong /center p 　　来源：《Characterization Techniques of Nanomaterials》[书] /p p 　　 strong (2)高分辨TEM(HRTEM)图像 /strong /p p 　　HRTEM可以获得晶格条纹像(反映晶面间距信息) 结构像及单个原子像(反映晶体结构中原子或原子团配置情况)等分辨率更高的图像信息。但是要求样品厚度小于1纳米。 /p p 　　 /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/264c1d9b2f454ea9b8aa548033200a33.png" height=" 312" width=" 213" / /center p style=" text-align: center " strong HRTEM光路示意图 /strong /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/d53de1201a4e41948d4d095401c3dc3b.jpeg" height=" 234" width=" 321" / br/ strong 硅纳米线的HRTEM图像 /strong /center p 　　来源：《Characterization Techniques of Nanomaterials》[书] /p p 　　 strong (3)电子衍射图像 /strong /p p 　　选区衍射(Selected area diffraction, SAD): 微米级微小区域结构特征。 /p p 　　会聚束衍射(Convergent beam electron diffraction, CBED): 纳米级微小区域结构特征。 /p p 　　微束衍射(Microbeam electron diffraction, MED): 纳米级微小区域结构特征。 br/ /p p 　　 /p center p style=" text-align:center" img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/f6fc1e403ef74234af93d4f9979429cd.png" height=" 296" width=" 227" / /p p strong 电子衍射光路示意图 /strong /p /center p 　　来源：《Characterization Techniques of Nanomaterials》[书] /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/b0631c33d4b44f10bf9bdb0f908830c5.png" height=" 174" width=" 173" / /center p style=" text-align: center " strong 单晶氧化锌电子衍射图 /strong /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/2ac3b6fb7b03421096ee3af0790b9acb.png" height=" 174" width=" 175" / /center p style=" text-align: center " strong strong 无定形氮化硅电子衍射图 /strong /strong /p center img alt=" " src=" http://img.mp.itc.cn/upload/20170310/02f2f6c3980a4450a36bc7bbc36f10e5.png" height=" 174" width=" 170" / br/ strong 锆镍铜合金电子衍射图 /strong /center p 　　来源：《Characterization Techniques of Nanomaterials》[书] /p p 　　 strong 6 设备厂家 /strong /p p 　　世界上能生产透射电镜的厂家不多，主要是欧美日的大型电子公司，比如德国的蔡司(Zeiss),美国的FEI公司，日本的日立(Hitachi)等。 /p p 　　 strong 7 疑难解答 /strong /p p 　　 strong TEM和SEM的区别： /strong /p p 　　当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、特征X射线、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。扫描电镜收集二次电子和背散射电子的信息，透射电镜收集透射电子的信息。 /p p 　　SEM制样对样品的厚度没有特殊要求，可以采用切、磨、抛光或解理等方法特定剖面呈现出来，从而转化为可观察的表面 TEM得到的显微图像的质量强烈依赖于样品的厚度，因此样品观测部位要非常的薄，一般为10到100纳米内，甚至更薄。 /p p 　　 strong 简要说明多晶(纳米晶体)，单晶及非晶衍射花样的特征及形成原理： /strong /p p 　　单晶花样是一个零层二维倒易截面，其倒易点规则排列，具有明显对称性，且处于二维网格的格点上。 /p p 　　多晶面的衍射花样为各衍射圆锥与垂直入射束方向的荧光屏或者照相底片的相交线，为一系列同心圆环。每一族衍射晶面对应的倒易点分布集合而成一半径为1/d的倒易球面，与Ewald球的相贯线为圆环，因此样品各晶粒{hkl}晶面族晶面的衍射线轨迹形成以入射电子束为轴，2θ为半锥角的衍射圆锥，不同晶面族衍射圆锥2θ不同，但各衍射圆锥共顶、共轴。 /p p 　　非晶的衍射花样为一个圆斑。 /p p 　 strong 　什么是衍射衬度?它与质厚衬度有什么区别? /strong /p p 　　晶体试样在进行电镜观察时，由于各处晶体取向不同和(或)晶体结构不同，满足布拉格条件的程度不同，使得对应试样下表面处有不同的衍射效果，从而在下表面形成一个随位置而异的衍射振幅分布，这样形成的衬度称为衍射衬度。质厚衬度是由于样品不同微区间存在的原子序数或厚度的差异而形成的，适用于对复型膜试样电子图象做出解释。 /p p 　　 strong 8 参考书籍 /strong /p p 　　《电子衍射图在晶体学中的应用》 郭可信，叶恒强，吴玉琨著 /p p 　　《电子衍射分析方法》 黄孝瑛著 /p p 　　《透射电子显微学进展》 叶恒强，王元明主编 /p p 　　《高空间分辨分析电子显微学》 朱静，叶恒强，王仁卉等编著 /p p 　　《材料评价的分析电子显微方法》 (日)进藤大辅，及川哲夫合著，刘安生译。 /p p 　　来源：中国科学院科普文章《透射电子显微镜基本知识介绍》 /p

1月20日，广州慧炬科技有限公司成功举办“承鸿鹄之志，造大国电镜”新品发布会，正式发布首台国产商业场发射透射电子显微镜“太行”TH-F120。标志着我国已掌握透射电镜整机研制能力以及电子枪、高压电源、电子探测相机等核心技术。该产品将打破国内透射电镜100%依赖进口的局面，为我国在材料科学、生命科学、化学、物理等前沿科学以及半导体工业、锂电新能源材料等先进制造业领域的高质量发展提供有力支撑。　　中国科学院院士饶子和、中国科学院院士隋森芳、中国科学院院士徐涛，以及来自全国学界、业界相关领域的60余位专家出席本次发布会。　　院士大咖云集！共见首台国产商业场发射透射电子显微镜发布会议伊始，广州慧炬科技总经理曹峰向各位嘉宾的到来表示热烈欢迎，并感谢各位专家对国产透射电子显微镜的支持。广州开发区管委会二级巡视员、生物岛实验室主任助理杨寿桃致辞。国仪量子技术（合肥）股份有限公司董事长贺羽致辞。中国科学院隋森芳院士致辞。中国科学院物理研究所研究员、松山湖材料实验室研究员、中国电子显微学会副理事长、粤港澳大湾区电镜联盟理事长马秀良致辞。中国科学院生物物理研究所、生物岛实验室研究员、广州慧炬科技首席科学家孙飞分享了《生物医学电镜自主研制之路》报告。发布会上，饶子和院士与隋森芳院士共同为太行TH-F120揭幕。饶子和院士（左二）与隋森芳院士（左一）为太行TH-F120揭幕，徐涛院士（左三）等专家见证揭幕仪式合影　　▍破局之作！场发射透射电子显微镜“太行”TH-F120广州慧炬科技总经理曹峰向与会嘉宾详细介绍了太行TH-F120的产品特点与优势。TH-F120是慧炬120kV成像平台的首款产品，它的诞生意味着国产商业透射电镜向前迈进了一大步。其中文名称“太行”源自中华名山太行山，寓意TH-F120将如太行山一样，挺起中国透射电镜产业的脊梁。　　TH-F120自主研制的高亮度场发射电子枪，相比于同级进口产品的热发射电子枪，亮度更高，发射稳定性和相干性更优，匹配自主研制的电磁透镜系统，针对120kV成像平台特别优化了电子光学设计，可为用户带来更佳的图像衬度和分辨率；自主研制的高稳定性的低纹波高压电源，实现了高压自动控制，保证电子枪稳定发射；标配自主研制的高像素CMOS相机，在低电子剂量的工况下仍可呈现丰富的样品细节；整机以人机分离为设计理念，匹配高度自动化的控制系统，使图像采集工作更加舒适高效；同时，TH-F120预设了充足的拓展接口和整机升级空间，满足用户迭代需求，有效延长整机使用年限。太行TH-F120产品参数太行TH-F120应用案例　　▍承鸿鹄之志，造大国电镜　　透射电镜具有极高的技术门槛，国外品牌已形成了垄断局面。此前，我国透射电镜100%依赖进口，国产化尚属空白。2022年，我国进口透射电镜约300台，进口总额超30亿元，预计2022年至2028年期间，年复合增长率超5.8%。　　2022年，生物岛实验室与国内领先的科学仪器公司国仪量子技术（合肥）股份有限公司联合成立广州慧炬科技有限公司，依托生物岛实验室徐涛院士、孙飞研究员团队在国产透射电镜领域的研发成果，与国仪量子成熟的产品工程化与市场开拓经验，进一步推动透射电镜的普及和应用。此前，国仪量子自主研制的场发射/钨灯丝扫描电镜、超高分辨场发射扫描电镜、镓离子束双束电镜、量子传感设备、电子顺磁共振波谱仪、气体吸附分析仪等产品获得了良好的市场反响，形成了国产高端科学仪器的示范应用。双方的合作，将充分整合人才与技术优势，加速推进透射电镜技术转化为商业化产品并进行批量生产。　　广州慧炬科技首台国产商业场发射透射电子显微镜正式发布，填补了国内该领域的空白，实现了从“买”到“造”的重大突破。未来，广州慧炬科技将持续加强在透射电镜领域的自主创新能力，研发更高端的电镜产品，服务中国科研人，为实现科技自立自强贡献力量。与会嘉宾合影

1月20日，广州慧炬科技有限公司成功举办“承鸿鹄之志，造大国电镜”新品发布会，正式发布首台国产商业场发射透射电子显微镜“太行”TH-F120。标志着我国已掌握透射电镜整机研制能力以及电子枪、高压电源、电子探测相机等核心技术。该产品将打破国内透射电镜100%依赖进口的局面，为我国在材料科学、生命科学、化学、物理等前沿科学以及半导体工业、锂电新能源材料等先进制造业领域的高质量发展提供有力支撑。中国科学院院士饶子和、中国科学院院士隋森芳、中国科学院院士徐涛，以及来自全国学界、业界相关领域的60余位专家出席本次发布会。点击观看发布会精彩回顾院士大咖云集！共见首台国产商业场发射透射电子显微镜发布会议伊始，广州慧炬科技总经理曹峰向各位嘉宾的到来表示热烈欢迎，并感谢各位专家对国产透射电子显微镜的支持。广州开发区管委会二级巡视员、生物岛实验室主任助理杨寿桃致辞。国仪量子技术（合肥）股份有限公司董事长贺羽致辞。中国科学院隋森芳院士致辞。中国科学院物理研究所研究员、松山湖材料实验室研究员、中国电子显微学会副理事长、粤港澳大湾区电镜联盟理事长马秀良致辞。中国科学院生物物理研究所、生物岛实验室研究员、广州慧炬科技首席科学家孙飞分享了《生物医学电镜自主研制之路》报告。发布会上，饶子和院士与隋森芳院士共同为太行TH-F120揭幕。饶子和院士（左二）与隋森芳院士（左一）为太行TH-F120揭幕，徐涛院士（左三）等专家见证揭幕仪式合影破局之作！场发射透射电子显微镜“太行”TH-F120广州慧炬科技总经理曹峰向与会嘉宾详细介绍了太行TH-F120的产品特点与优势。TH-F120是慧炬120kV成像平台的首款产品，它的诞生意味着国产商业透射电镜向前迈进了一大步。其中文名称“太行”源自中华名山太行山，寓意TH-F120将如太行山一样，挺起中国透射电镜产业的脊梁。TH-F120自主研制的高亮度场发射电子枪，相比于同级进口产品的热发射电子枪，亮度更高，发射稳定性和相干性更优，匹配自主研制的电磁透镜系统，针对120kV成像平台特别优化了电子光学设计，可为用户带来更佳的图像衬度和分辨率；自主研制的高稳定性的低纹波高压电源，实现了高压自动控制，保证电子枪稳定发射；标配自主研制的高像素CMOS相机，在低电子剂量的工况下仍可呈现丰富的样品细节；整机以人机分离为设计理念，匹配高度自动化的控制系统，使图像采集工作更加舒适高效；同时，TH-F120预设了充足的拓展接口和整机升级空间，满足用户迭代需求，有效延长整机使用年限。太行TH-F120产品参数太行TH-F120应用案例承鸿鹄之志，造大国电镜透射电镜具有极高的技术门槛，国外品牌已形成了垄断局面。此前，我国透射电镜100%依赖进口，国产化尚属空白。2022年，我国进口透射电镜约300台，进口总额超30亿元，预计2022年至2028年期间，年复合增长率超5.8%。2022年，生物岛实验室与国内领先的科学仪器公司国仪量子技术（合肥）股份有限公司联合成立广州慧炬科技有限公司，依托生物岛实验室徐涛院士、孙飞研究员团队在国产透射电镜领域的研发成果，与国仪量子成熟的产品工程化与市场开拓经验，进一步推动透射电镜的普及和应用。此前，国仪量子自主研制的场发射/钨灯丝扫描电镜、超高分辨场发射扫描电镜、镓离子束双束电镜、量子传感设备、电子顺磁共振波谱仪、气体吸附分析仪等产品获得了良好的市场反响，形成了国产高端科学仪器的示范应用。双方的合作，将充分整合人才与技术优势，加速推进透射电镜技术转化为商业化产品并进行批量生产。广州慧炬科技首台国产商业场发射透射电子显微镜正式发布，填补了国内该领域的空白，实现了从“买”到“造”的重大突破。未来，广州慧炬科技将持续加强在透射电镜领域的自主创新能力，研发更高端的电镜产品，服务中国科研人，为实现科技自立自强贡献力量。与会嘉宾合影