SEM&TEMStateKeyLaboratoryforHeavyOilProcessing

TheKeyLaboratoryofCatalysis,CNPCSchoolofChemistry&ChemicalEngineering,CUPIntroductiontoElectronSpectroscopyIntroductiontoElectronSpectroscopy分辨本領

分辨本領指顯微鏡能分辨的樣品上兩點間的最小距離。以物鏡的分辨本領來定義顯微鏡的分辨本領。人的眼睛僅能分辨0.1~0.2mm的細節200nm是光學顯微鏡分辨本領的極限目前世界上最先進的透射電鏡的分辨本領已達到0.1nm,可用來直接觀察原子像;掃描電鏡的分辨率也達到了0.5nm。IntroductiontoElectronSpectroscopyIntroductiontoElectronSpectroscopyMENA3100Howdowegetanimage?weshoothigh-energyelectronsandanalyzetheingelectrons/x-raysElectronsinElectronsoutor:x-raysoutIntroductiontoElectronSpectroscopyMENA3100Wheredoesthesignalscomefrom?

Diameteroftheinteractionvolumeislargerthantheelectronspotresolutionispoorerthanthesizeoftheelectronspot不同信號的激發深度不同TEM透射電鏡的構造透射電鏡：是以波長極短的電子束作為照明源，用電子透鏡聚焦成像的一種具有高分辨本領、高放大倍數的電子光學儀器。

透射電鏡主要有電子光學系統(鏡筒)、電源系統、真空系統和操作控制系統等四部分。

電源系統、真空系統和操作控制系統都是輔助系統。TEM日立公司H800透射電子顯微鏡(鏡筒)TEM高壓系統TEM真空系統TEM控制系統TEM觀察和記錄系統TEM電鏡的放大倍率和像的襯度1.放大倍數

光學顯微鏡的有效放大倍率為1000，透射電鏡的放大倍率為106。2.像的襯度（1）定義：像的襯度就是圖象上不同區域間明暗程度的差別。

（2）類型吸收襯度衍射襯度位相襯度TEM吸收襯度(質厚襯度）

樣品中任意兩個相鄰的區域由于組成元素不同（原子序數不同）或者由于樣品厚度不同，均會對電子造成不同程度的散射。當散射電子被物鏡光闌擋住不能參與成像時，則樣品中散射強的部分在像中顯得較暗，而散射較弱的部分顯得較亮，形成像的襯度。TEMTEM衍射襯度衍射襯度主要針對于結晶試樣。所謂衍射襯度，是指晶體中各部分因滿足衍射條件(Bragg方程)的程度不同而引起的襯度，它是利用電子衍射效應來產生晶體樣品像襯度的一種方法。明場像與暗場像TEMTEM（5）位相襯度位相襯度是由于散射波和入射波在像平面上干涉而引起的襯度。透射電鏡由于入射電子透射試樣后，與試樣內部的原子發生相互作用，從而改變其能量及運動方向。不同結構有不同的相互作用。可以根據透射電子圖像所獲得的信息來了解試樣內部的結構。但是由于試樣結構和相互作用的復雜性，所獲得的圖像也很復雜。它不象表面形貌那樣直觀、易懂。TEM圖像的解釋TEMgivesonlya2Dprojection!Bylookingonlyinprojectionwecanbefooled!Interpretationofanimagecanbemoredifficultthantakinganimage電子顯微≠光學顯微，眼見不一定為實！TEM圖像的解釋TEM圖像的解釋2DProjection:AretheParticlesinsideoroutsideoftheCNT?ApplicationofTEM測定粒子得大小及其分布；測試催化劑孔結構：超薄切片制樣，可直接觀察催化劑的孔形、大小及其分布；催化劑的形貌、表面缺陷；探求催化劑活性相組成、結構與性能之間的關系催化劑制備過程的跟蹤及對在催化劑處理、使用中失活、再生的觀察研究。ApplicationofTEMSinteringofNinanoparticlesatdifferentcalcinedtemperatureLowHightemperatureApplicationofTEMApplicationofTEMPorestructureofthematerialsApplicationofTEMMorphologyofthecatalystsApplicationofTEMSurfacedefectsofthenano-catalystsApplicationofTEM納米尺度Y-型分子篩，左圖中可以看Y-型分子篩納米晶粒的結構，而右圖則是納米晶粒的排列方式。ApplicationofTEMNi-Cu超細催化劑上合成納米碳材料，圖中明顯的可以看出納米碳管的孔壁和孔腔。ApplicationofTEMReS2納米管的HRTEM圖，圖中可以清楚的看出碳管的多層孔壁和一端封口的結構。ApplicationofTEM

擔載型納米尺度金屬氧化物，圖中顏色較深的的黑點即為金屬氧化物，由此圖可以看出金屬氧化物的分散狀態。ApplicationofTEM苯乙烯醛加氫催化劑Pd/CNF，圖中可以看出Pd的分散狀態。ApplicationofTEM脫鋁前后NH4Y分子篩的結構ApplicationofTEM3D-TEMslicesoftwoHMVUSYcrystalsandoneUSYcrystalShowingtheinterconnectedcylindricalmesoporesystemApplicationofTEMEDS分析表明a區顆粒是不含錸的鉑粒子,說明在熱處理過程中只是鉑發生遷移、融合、晶粒長大;錸則未見變化。b區錸的濃度十分低，且發現Al的存在；錸很可能以低價氧化物(ReO2)分散在載體氧化鋁表面上并與之發生作用形成復合物。工業Pt-Re/γ-Al2O3

重整催化劑熱處理后的TEMApplicationofTEMVarious

morphologyofthecatalystwithdifferentsolventApplicationofTEMTEMimagesofmesostructuredhybridtitaniathinfilmsynthesizedundervariousrelativehumidity.ApplicationofTEMEffectofcrystalwaterinZrOCl?8H2Oonthemorphologyandmicrostructureofzirconia

ApplicationofTEM500nmWithoutSDS:SDSaddition:TEMobservationMWNTPANI/MWNTMWNTcharacterizationSEMTEMOMC-1synthesisOMC-2synthesisSEMTEMOMC-3synthesisSEMTEMSEM

SEM的特點和用途

（1）焦深大

焦深的定義

指在保持影像較為清晰的前提下，焦點（焦平面）

沿著鏡頭光軸所允許移動的距離。焦深是影像的焦平面

可允許移動的距離。

景深的定義

景深是景物中能產生較為清晰影像的縱長距離；SEMSEMSEMSEM（2）成像的放大范圍廣、分辨率較高掃描電鏡放大倍率可以從十幾倍到20萬倍,分辨率為6nm（3）

試樣制備簡單（4）對試樣的電子損傷小（5）保真度高（6）可調節（7）得到的信息多SEM2.掃描電鏡用途表（界）面形貌分析；配置各種附件，做表面成分分析及表層晶體學位相分析等。SEM的工作原理掃描電鏡的成像原理，與透射電鏡不同，它不用透鏡來進行放大成像，而是象閉路電視系統那樣，逐點逐行掃描成像。SEMMENA3100Howdowegetanimage?

156electrons!ImageDetectorElectrongunMENA3100SEMinbriefSEMSEM的工作原理電子槍的熱陰極發射的電子受陽極電壓（1-50kV）加速并形成筆尖狀電子束，其最小直徑10-50μm量級，經過2~3個磁透鏡的會聚作用，在樣品表面會聚成一個直徑可小到10-100A的細束流。在末透鏡上部的掃描線圈的作用下，細電子束在樣品表面作光柵狀掃描。SEM二次電子和背散射電子被收集器接受，經放大器按順序、成比例地放大后，送到顯象管的柵極上，用來同步地調制顯象管的電子束強度，即顯象管熒光屏上的亮度。掃描電鏡中采用的是逐點成像的圖像分解法。電子束在樣品上作光柵狀掃描的同時，顯象管中的電子束與此作同步掃描。這樣就在熒光屏上顯示出樣品表面微觀形貌。掃描的區域越小，相同面積熒光屏上顯示的圖像放大倍數就越大。人類紅細胞SEM掃描電子顯微鏡呈現室內灰塵微粒

SEM像襯度

SEM像襯度的形成主要基于樣品微區諸如表面形貌、原子序數、表面電場和磁場等方面存在著差異。入射電子與之相互作用，產生各種特征信號，其強度就存在著差異，最后反映到顯像管熒光屏上的圖像就有一定的襯度。SEM像襯度表面形貌襯度利用與樣品表面形貌比較敏感的物理信號(二次電子)作為顯像管的調制信號，所得到的像襯度稱為表面形貌襯度。

通常表面形貌襯度與原子序數沒有明確的關系。SEM像襯度二次電子產率δ與電子束入射角度的關系

若設α為入射電子束與試樣表面法線之間的夾角，實驗證明，當對光滑試樣表面、入射電子束能量大于1kV且固定不變時，二次電子產率δ與α的關系為

δ∝1/cosαSEM像襯度SEM像襯度SEM像襯度

實際樣品的形狀是復雜的，但都可以被看作是由許多位向不同的小平面組成的。入射電子束的方向是固定的，但由于試樣表面凹凸不平，因此它對試樣表面不同處的入射角也是不同的。電子收集器的位置對一臺儀器來說是固定的，所以試樣表面不同取向的小平面相對于電子收集器的收集角也不同。SEM像襯度背散射電子信號也可以用來顯示樣品表面形貌，但它對表面形貌的變化不那么敏感SEM像襯度原子序數襯度

原子序數襯度又稱為化學成分襯度，它是利用對樣品微區原子序數或化學成分變化敏感的物理信號作為調制信號得到的一種顯示微區化學成分差別的像襯度。這些信號主要有背散射電子、吸收電子和特征X射線等。SEM像襯度背散射電子像襯度背散射電子信號強度隨原子序數Z增大而增大，樣品表面上平均原子序數較高的區域，產生較強的信號，在背散射電子像上顯示較亮的襯度。根據背散射電子像襯度可以判斷相應區域原子序數的相對高低。SEM像襯度SEM像襯度吸收電子像襯度吸收電子信號強度與二次電子及背散射電子的發射有關，若樣品較厚，即T=0，則η+δ+α=1。吸收電子像的襯度是與背散射電子像和二次電子像互補的。樣品表面平均原子序數大的微區，背散射電子信號強度較高，而吸收電子信號強度較低，兩者襯度正好相反。SE和BSE圖像的差異形貌襯度主要由SE信號提供原子序數襯度主要由BSE信號提供荷電現象荷電效應導電樣品非導電樣品荷電現象解決方法—噴鍍荷電現象解決方法—不噴鍍時SEMSEM(e)CoAPO-11(f)MgAPO-11(d)TiAPO-11(a)APO-11(b)SAPO-11(c)ZrAPO-11SEMTiSAPO-11CoSAPO-11

MgSAPO-11SAPO-11SEMCarbonBlackposedbyC2H2(A)500?C(B)700?C (C)1000?CSEM