電鏡復(fù)習(xí)題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——電鏡復(fù)習(xí)題答案2023研究生電鏡復(fù)習(xí)題

1.電子顯微鏡的像差有哪些，如何減少像差？電子顯微鏡的像差包括球差、像散和色差。

（1）球差即球面像差，是磁透鏡中心區(qū)和邊沿區(qū)對(duì)電子的折射能力不同引起的，可用小孔徑成像時(shí)，可使球差明顯減小。

（2）像散是由于電磁透鏡的周向磁場(chǎng)非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱引起,可通過(guò)消像散器來(lái)消除。(3)色差是由入射電子的波長(zhǎng)或能量的非單一性造成的,穩(wěn)定加速電壓和透鏡電流可減小色差。

2.電磁透鏡景深和焦長(zhǎng)主要受哪些因素影響?說(shuō)明電磁透鏡的景深大、焦長(zhǎng)長(zhǎng)，是什么因素影響的結(jié)果？假設(shè)電磁透鏡沒(méi)有像差，也沒(méi)有衍射埃利斑，即分辯率極高，此時(shí)它的景深和焦長(zhǎng)如何?

定義景深是，當(dāng)像平面固定時(shí)(像距不變),能維持物像明了的范圍內(nèi),允許物平面(樣品)沿透鏡主軸移動(dòng)的最大距離Df。它與電磁透鏡分辯率Dr0、孔徑半角a之間的關(guān)系

定義焦長(zhǎng)：固定樣品的條件下（物距不變），象平面沿透鏡主軸移動(dòng)時(shí)仍能保持物像明了的距離范圍，用DL表示，

。

在實(shí)際使用中，景深又與通光孔徑、像差消除的程度等因素有關(guān)，在透鏡中增加光闌能夠有效地拓寬景深和焦深的范圍。焦深越大，能明了成像的像平面(即焦平面)的誤差寬容量也越大。焦深大小與放大倍數(shù)有關(guān)，放大倍數(shù)越大則焦深越大。電鏡的焦深十分大，可達(dá)幾十甚至幾百米，所以電鏡底片放在觀測(cè)熒光屏的下方較遠(yuǎn)處，而并不影響成像的明了度。這是光鏡所不能比較的。3.說(shuō)明透射電子顯微鏡和掃描電顯微鏡的成像襯度及差異是什么？襯度：圖像上不同區(qū)域明暗程度的區(qū)別。掃描電顯微鏡:

形貌襯度：由于樣品形貌差異形成的襯度。

原子序數(shù)襯度：是由樣品表面物質(zhì)原子序數(shù)（化學(xué)成分）差異而形成的襯度。電壓襯度：由表面電壓差異形成的襯度。

透射電子顯微鏡：

1）非晶樣品的象襯度：由樣品的不同微晶區(qū)存在的原子序數(shù)或厚度的差異而形成的。即質(zhì)量厚度襯度。

2）晶體樣品的衍射襯度：對(duì)于晶體薄膜來(lái)說(shuō)，只能利用衍射襯度成像，即衍射襯度。是由樣品各處衍射束強(qiáng)度的差異形成的襯度。

3）相位襯度：當(dāng)樣品厚度小于100nm,甚至是30nm,他是讓多束衍射光束穿過(guò)物鏡光闌彼此相干成象，象的可分辯細(xì)節(jié)取決于入射波被式樣散射引起的相位變化和物鏡球差、散焦引起的附加相位差的選擇。它追求的是試樣小原子及其排列的直接顯示。

4.原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡的分辯率各是多少？

AFM:TEM:SEM:

5.簡(jiǎn)述原子力顯微鏡的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及在材料研究中的應(yīng)用？

原子力顯微鏡工作原理:是一種利用原子,分子間的相互作用力來(lái)觀測(cè)物體表面微觀形貌的新型試驗(yàn)技術(shù).它有一根納米級(jí)的探針,被固定在可靈敏操控的微米級(jí)彈性懸臂上.當(dāng)探針很靠近樣品時(shí),其頂端的原子與樣品表面原子間的作用力會(huì)使懸臂彎曲,偏離原來(lái)的位置.根據(jù)掃描樣品時(shí)探針的偏離量或振動(dòng)頻率重建三維圖像.就能間接獲得樣品表面的形貌或原子成分.

優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于掃描電子顯微鏡，第一，AFM提供真正的三維表面圖。其次，

AFM不需要對(duì)樣品的任何特別處理，如鍍銅或碳，這種處理對(duì)樣品會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。第三，電子顯微鏡需要運(yùn)行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環(huán)境下都可以良好工作。這樣可以用來(lái)研究生物宏觀分子，甚至活的生物組織。

缺點(diǎn)：和掃描電子顯微鏡(SEM)相比，AFM的缺點(diǎn)在于成像范圍太小,速度慢，受探頭

的影響太大。

應(yīng)用：現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、納米功能材料、生物、化工、食品、醫(yī)藥研究和科研院所各種納米相關(guān)學(xué)科的研究試驗(yàn)等領(lǐng)域中，成為納米科學(xué)研究的基本工具。原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡相比，由于能觀測(cè)非導(dǎo)電樣品，因此具有更為廣泛的適用性。

6.根據(jù)衍射分辯率的公式和像差理論，說(shuō)明提高透射電子顯微鏡的方法和途徑。根據(jù)光學(xué)理論，分辯率可表示為：d=0.61λ/(nsinα)

波長(zhǎng)愈短，孔徑角愈大，介質(zhì)的折射率愈大，則顯微鏡的分辯才干越高。其波長(zhǎng)與粒子質(zhì)量和運(yùn)行速度的關(guān)系：λ=h/mv=h/pmv2/2=eV1.提高加速電壓，縮短電子波長(zhǎng)，提高電鏡分辯率；2.增加孔徑半角;3.減少像差;

7.簡(jiǎn)要說(shuō)明高能電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的主要信號(hào)、信號(hào)產(chǎn)生的機(jī)理及其可反映的樣品結(jié)構(gòu)信息是什么？

背散射電子（backscatteringelectron）;二次電子(secondaryelectron)

(1)背散射電子是入射電子進(jìn)入試樣后，被表層固體樣品中的原子核或核外電子反彈回來(lái)的電子，它包括彈射散射和非彈性散射電子。有的電子經(jīng)一次散射就逸出表面，有點(diǎn)電子經(jīng)過(guò)屢屢散射才反射出來(lái)。特征：

1)彈性背散射電子遠(yuǎn)比非彈性背散射電子所占的份額多；2)能量高，例如彈性背散射，能量達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn)ev；3)背散射電子束來(lái)自樣品表面幾百nm深度范圍；

4)其產(chǎn)額隨原子序數(shù)增大而增多，背散射電子的產(chǎn)額隨試樣的原子序數(shù)增大而增加，I?Z

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；

5)用作形貌分析、成分分析（原子序數(shù)襯度）以及結(jié)構(gòu)分析（通道花招）；6）分辯率遠(yuǎn)低于SEI。

(2)二次電子是入射電子在單電子激發(fā)過(guò)程被入射電子轟擊出來(lái)的試樣電子，二次電子的能量很低，一般小于50eV,它只能從很薄的試樣表層內(nèi)激發(fā)出來(lái)，表層深度小于10nm，更深的二次電子由于能量小而無(wú)力逸出表面。其中90%來(lái)自于外層價(jià)電子。特征：

1)二次電子能量較低。一般不超過(guò)50ev，大部分幾ev；2)來(lái)自表層5—10nm深度范圍；3)圖像無(wú)陰影效應(yīng)；

4)對(duì)樣品表面化狀態(tài)十分敏感，因此能有效地反映樣品表面的形貌；

5)SE的產(chǎn)額δ≒K/cosθ,K為常數(shù)，θ為入射電子束與試樣表面法線之間的夾角，θ角越大，產(chǎn)額越高，所以對(duì)試樣表面狀態(tài)十分敏感；SE的產(chǎn)額還與加速電壓、試樣組成等有關(guān)。6)其產(chǎn)額與原子序數(shù)間沒(méi)有明顯的依靠關(guān)系。因此，不能進(jìn)行成分分析。

8.如何得到高質(zhì)量的掃描電鏡圖像？

優(yōu)良SEM影像的拍攝要點(diǎn)

SEM的觀測(cè)的主要過(guò)程是：①小倍率選區(qū)；②高倍率放大；③移動(dòng)樣品至適當(dāng)位置，調(diào)焦；④調(diào)亮度和反差至最正確；⑤拍攝。1.聚光鏡電流的選擇

聚光鏡電流的大小將直接影響到電子束的亮度和光斑直徑的大小，也影響成像的分辯率和反差。在保證足夠的觀測(cè)條件、拍攝的亮度和反差的需要下，應(yīng)盡量使聚光鏡電流稍為大一些，以獲取較小的電子束流探針直徑，得到較高分辯率；但聚光鏡電流又不可太大，太大則使電子束流能量太低，信號(hào)與噪聲的強(qiáng)度比（信噪比）下降，影像也會(huì)平淡無(wú)力,缺少立體感。故聚光鏡電流的調(diào)理應(yīng)和亮度與反差相協(xié)同。2.亮度和反差的調(diào)理

既不可一味追求高亮度，也不可一味追求高反差。這兩者要協(xié)同調(diào)理。

高反差能增加立體感，但卻損失了大量細(xì)節(jié)，所以在保證較好反差的狀況下，要調(diào)出足夠的灰度等級(jí)。SEM上常設(shè)有亮度及反差的調(diào)理指示表。操可根據(jù)指示表去調(diào)整，參照自己觀測(cè)對(duì)象的目的需要，適當(dāng)?shù)亟o予補(bǔ)償。3.加速電壓的選擇

加速電壓的提高，縱然可以增大電子束的能量，提高信噪比和反差，這只是一個(gè)單方面的因素，從另一方面考慮，也會(huì)增加背散射電子的數(shù)目和電子束的穿透力,這樣影像中物體邊緣的犀利度會(huì)降低，也將使分辯力下降。尋?？梢愿鶕?jù)影像質(zhì)量和拍攝需要進(jìn)行選擇。4.樣品傾斜度和光闌孔徑的選擇

樣品臺(tái)除可向X、Y方向移動(dòng)外，還可以做一定量的傾斜。傾斜樣品臺(tái)等于讓電子探針從側(cè)面轟擊樣品，就象日常拍攝照片時(shí)一樣，用側(cè)光比用正面光能得到更好的立體感。但傾斜面的兩側(cè)不在同一平面上，傾斜太多則不好兼顧聚焦，會(huì)造成兩側(cè)模糊，同時(shí)也會(huì)損失一些細(xì)節(jié)。光闌孔小時(shí)，能提高反差，增大立體感和景深范圍，但太小則損失能量多，光衍射增大，也會(huì)影響分辯率。5.消像散與聚焦

存在像散時(shí)與聚焦不清是不一樣的。聚焦不清則使像的四周浮現(xiàn)同等程度的模糊。像散則為影像邊緣沿某一方向被拉長(zhǎng)，四周的模糊程度并不均勻。

像散與聚焦對(duì)成像質(zhì)量的影響同等重要。電鏡照片的拍攝要力求將像散消減到最小，聚焦達(dá)到最明了

8.談?wù)勀銓?duì)XPS原理及應(yīng)用的認(rèn)識(shí)

色差系數(shù)和球差系數(shù)均隨透鏡