關注「材料基」公眾號，學習科研技能，掌握基礎知識。今天的【技能】篇，我們學習透射原理。
透射電鏡的基本原理如下:
（一）分辨本領與放大倍數
分辨本領是指能夠分辨物體上兩點之間的最小距離。光學顯微鏡的分辨極限為O.2μm而電鏡的分辨本領可優於2Å,相差達1000倍,因為影響光鏡提高分辨本領的主要因素是由於光線的衍射作用。
光學顯微鏡的分辨本領由阿貝公式決定。式中d為分辨本領,入為照明波波長,n為物體與物鏡之間介質的折射率,為物體上的點與物鏡所成夾角的一半。
普通光學顯微鏡用油浸鏡頭時n=1.5,0<90。即sina<1,用可見光作照明源時,其平均波長約為5000A,那的分本領約為2000A。這說明光學顯微鏡只能分辨大於2000A的結構。要提高分辨本領，必須採用波長短的照明源。點擊這裡下載18款科研必備軟體。電子顯微鏡的照明源波長約為0.05 Å，目前最好的電鏡分辨本領已達1.4 Å，比光學顯微鏡提高了1000多倍。
放大倍數是指物體經過儀器放大後的像與物的大小之比。不能增加圖像細節的放大倍數稱為空放大，而與分辨本領相應的最高放大倍數稱為有效放大倍數，為眼的分辨本領與儀器的分辨本領之比。目前商品電鏡的分辨本領可達2 Å，其有效放大倍數為：
即100萬倍。這個倍數可以從電鏡上直接得到,也可在攝製20萬倍的底片後再以光學放大5倍來獲得。因此,標示電鏡性能的主要指標是分辨本領而不是放大倍數
（二）電子束的產生
電子束是電鏡的照明介質。目前大多數電鏡的電子束是由熱陰極、控制極和陽極構成的三極式電子槍產生,其示意圖
陰極又稱為燈絲(包括鎢絲、六鈹化鑭等),通常用鎢絲製成,通電加熱後燈絲內的自由電子熱運動增加並逸出表面,在加速電壓作用下,陽極相對陰極形成正電場,逸出陰極的電子在正電場力作用下高速飛向陽極,中心部分的電子因慣性而穿過陽極孔成為照明電子束. 點擊這裡下載18款科研必備軟體. 控制極靠近陰極表面,相對陰極加上數百伏的負電位,調節電位高低可以控制陰極發射電子的數目,亦即調節了電子束的強弱。鎢陰極在使用時,由於金屬蒸發和電子槍內殘餘氣體的侵蝕,壽命一般為幾十小時。
（三）電子透鏡及其作用
運行中的電子束只有在通過電場或磁場時才能改變其運動軌跡。
軸對稱的電場或磁場可以使電子束聚焦,故稱為電子透鏡,而者叫靜電透鏡,後者叫磁透鏡。
一束電子的螺旋形軌跡是相似的。為便於理解可設想將其外周包絡起來而不考慮其有否旋轉,則包絡線的形狀基本上和光學玻璃會聚透鏡的光路相似。
現代的電磁透鏡是在線圈外面套上鐵殼作磁路,並在鐵殼中心置有極靴( pole piece),使線圈通電後產生的磁場高度集中而又均勻地分布在極靴中電磁透鏡的焦距決定於磁場強度,磁場強度決定於通過線圈的電流強度. 點擊這裡下載18款科研必備軟體.因此,可以調節激勵電流來改變磁場強度,從而達到改變放大倍數和進行圖像調焦的目的。由於電磁透鏡像差小,調節容易,因此為現代電鏡所普遍採用。但有些電子透鏡不必改變焦距,可採用磁鋼製造形成永久磁場,即為永磁透鏡。
電子透鏡的缺陷：
球差一一球差是由於電子透鏡的中心區域和邊沿區域對電子的會聚能力不同而造成的。結果在象平面成了一個滿散圓斑。
象散一磁場不對稱時,就出現象差。有的方向電子束的折射比別的方向強,這樣,圓形物點的象就變成了橢圓形的漫散圓斑。
色差--電子的能量不同,從而波長不一造成的,電子透鏡的焦距隨著電子能量而改變,因此,能量不同的電子束將沿不同的軌跡運動。產生的漫散圓斑還原到物平面。
結構特徵：
（四）反差與成像
反差就是像與背景在亮度上的差別。在電鏡中,當電子束中的電子碰到樣品中的原子核時,電子軌道將偏斜一個角度,這種相互作用的過程稱為彈性散射. 點擊這裡下載18款科研必備軟體.彈性散射的強度與樣品元素的原子序數成正比,原子序數愈高,對入射電子的散射能力就愈大。
在物鏡的後焦面上裝一接地的光闌,散射角度大的電子被光闌截獲而除去僅讓透射電子和散射角小的電子穿過光闌孔參與成像,從而形成反差。這個光闌孔越小(通常為20~30μm)。被截除的散射電子便越多,像的反差也就越好。