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第七章电子显微分析技术的应用(二)

电子显微分析技术概述

透射电子显微镜（TEM）的应用

扫描电子显微镜（SEM）的应用

电子探针显微分析（EPMA）的应用

电子显微分析技术的最新进展

电子显微分析技术的挑战与展望

contents

目

录

电子显微分析技术概述

01

20世纪初，电子显微镜的初步构想和实验探索。

初期阶段

发展阶段

成熟阶段

20世纪中期，透射电子显微镜和扫描电子显微镜的发明和应用。

20世纪末至21世纪初，电子显微技术的不断完善和拓展，包括高分辨率、高灵敏度等技术的实现。

03

02

01

利用电子束代替光束作为照明源，通过电磁透镜对电子束进行聚焦和成像。

电子光学原理

电子与物质相互作用，产生各种信息如弹性散射、非弹性散射、特征X射线等。

相互作用原理

通过不同的探测器接收和处理电子与物质相互作用产生的信号，获得样品的形貌、成分、结构等信息。

信号检测原理

用于观察和分析样品的内部结构，如晶体结构、缺陷、相变等，广泛应用于材料科学、生物学等领域。

透射电子显微镜（TEM）

用于观察和分析样品的表面形貌和成分，如表面形貌、断口形貌、元素分布等，广泛应用于材料科学、地质学、生物学等领域。

扫描电子显微镜（SEM）

结合了透射电子显微镜和扫描电子显微镜的功能，可同时进行形貌观察和成分分析，为材料研究、生物医学等领域提供了强有力的工具。

分析型电子显微镜

透射电子显微镜（TEM）的应用

02

透射电子显微镜（TEM）主要由电子枪、聚光镜、样品室、物镜、中间镜和投影镜等组成。

基本结构

TEM利用高能电子束穿透样品，通过电磁透镜成像，再经过放大和显示系统，得到样品的微观形貌和结构信息。

工作原理

03

纳米材料研究

利用高分辨透射电子显微镜（HRTEM）可以研究纳米材料的形貌、尺寸和晶体结构等。

01

晶体结构分析

通过选区电子衍射（SAED）等技术，可以确定材料的晶体结构和相组成。

02

缺陷和界面分析

TEM可以观察和分析材料中的缺陷（如位错、层错等）以及不同相之间的界面结构。

TEM可用于观察细胞的超微结构，如细胞器、细胞膜和细胞骨架等。

细胞超微结构观察

通过TEM可以观察和研究病毒、蛋白质等生物大分子的形貌和结构。

病毒和蛋白质研究

在组织工程领域，TEM可用于观察和分析组织工程支架材料的微观结构和性能。

组织工程研究

扫描电子显微镜（SEM）的应用

03

生物样本表面形貌观察

SEM可用于观察生物样本（如细胞、组织、生物材料等）的表面形貌和微观结构，有助于了解生物体的生理和病理过程。

生物样本成分分析

通过SEM配备的能谱仪，可以对生物样本表面的元素和化合物进行定性和定量分析，了解生物样本的化学组成和代谢情况。

生物医学研究和诊断

SEM在生物医学研究和诊断中具有广泛应用，如用于观察病毒、细菌等微生物的形态和结构，研究药物与生物体的相互作用等。

电子探针显微分析（EPMA）的应用

04

电子探针显微分析（EPMA）主要由电子光学系统、X射线谱仪、样品室、真空系统、数据处理系统等组成。

利用高能电子束轰击样品表面，使样品激发出特征X射线，通过测量特征X射线的波长和强度，可以确定样品中所含元素的种类和含量。

工作原理

基本结构

1

2

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EPMA可用于矿物成分分析，确定矿物的化学成分和含量，为地质学研究提供重要数据。

矿物成分分析

EPMA可用于岩石学研究，分析岩石的矿物组成、结构和成因，揭示岩石的形成和演化过程。

岩石学研究

EPMA可用于地球化学研究，分析地壳、地幔和地核中元素的分布和迁移规律，探讨地球的化学演化和成因。

地球化学研究

EPMA可用于材料成分分析，确定材料的化学成分和含量，为材料设计和制备提供重要依据。

材料成分分析

EPMA可用于材料结构研究，分析材料的晶体结构、相组成和微观形貌，揭示材料的性能和功能特性。

材料结构研究

EPMA可用于材料表面与界面研究，分析材料表面的化学成分、结构和形貌，探讨材料表面与界面的相互作用和性能影响。

材料表面与界面研究

电子显微分析技术的最新进展

05

球差校正透射电子显微镜（AC-TEM）通过先进的球差校正器，消除透镜球差，提高电子束的分辨率和成像质量。该技术具有高分辨率、高对比度和高灵敏度的特点，能够实现对材料微观结构的精确观察和分析。

原理及特点

AC-TEM在材料科学、生物医学、纳米科技等领域具有广泛应用。例如，可以用于观察和分析材料的晶体结构、缺陷、界面等微观特征，揭示材料的性能与结构之间的关系；同时也可用于研究生物细胞的超微结构、病毒颗粒等生物医学领域的研究。

应用领域

原理及特点

冷场发射扫描电子显微镜（CFE-SEM）采用冷场发射技术，通过强电场将电子从冷阴极材料中拉出并加速，形成具有高亮度、小束斑的电子束。该技术具有高分辨率、高信噪比