簡介
電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的成像原理基本一樣，所不同的是前者用電子束作光源，用電磁場作透鏡。另外，由于電子束的穿透力很弱，因此用于電鏡的標(biāo)本須制成厚度約50nm左右的超薄切片。這種切片需要用超薄切片機(jī)（ultramicrotome）制作。電子顯微鏡的放大倍數(shù)高可達(dá)近百萬倍、由照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)、電源系統(tǒng)5部分構(gòu)成，如果細(xì)分的話：主體部分是電子透鏡和顯像記錄系統(tǒng)，由置于真空中的電子槍、聚光鏡、物樣室、 物鏡、衍射鏡、中間鏡、 投影鏡、熒光屏和照相機(jī)。
電子顯微鏡是使用電子來展示物件的內(nèi)部或表面的顯微鏡。高速的電子的波長比可見光的波長短（波粒二象性），而顯微鏡的分辨率受其使用的波長的限制，因此電子顯微鏡的理論分辨率（約0.1納米）遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡的分辨率（約200納米）。
透射電子顯微鏡（Transmission electron microscope，縮寫TEM），簡稱透射電鏡 [1]  ，是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件（如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件）上顯示出來。
由于電子的德布羅意波長非常短，透射電子顯微鏡的分辨率比光學(xué)顯微鏡高的很多，可以達(dá)到0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬～百萬倍。因此，使用透射電子顯微鏡可以用于觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結(jié)構(gòu)，比光學(xué)顯微鏡所能夠觀察到的小的結(jié)構(gòu)小數(shù)萬倍。TEM在中和物理學(xué)和生物學(xué)相關(guān)的許多科學(xué)領(lǐng)域都是重要的分析方法，如癌癥研究、病毒學(xué)、材料科學(xué)、以及納米技術(shù)、半導(dǎo)體研究等等。
在放大倍數(shù)較低的時候，TEM成像的對比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成對電子的吸收不同而造成的。而當(dāng)放大率倍數(shù)較高的時候，復(fù)雜的波動作用會造成成像的亮度的不同，因此需要專業(yè)知識來對所得到的像進(jìn)行分析。通過使用TEM不同的模式，可以通過物質(zhì)的化學(xué)特性、晶體方向、電子結(jié)構(gòu)、樣品造成的電子相移以及通常的對電子吸收對樣品成像。
*臺TEM由馬克斯·克諾爾和恩斯特·魯斯卡在1931年研制，這個研究組于1933年研制了*臺分辨率超過可見光的TEM，而*臺商用TEM于1939年研制成功。
大型透射電鏡
大型透射電鏡（conventional TEM）一般采用80-300kV電子束加速電壓，不同型號對應(yīng)不同的電子束加速電壓，其分辨率與電子束加速電壓相關(guān)，可達(dá)0.2-0.1nm，機(jī)型可實現(xiàn)原子級分辨。
低壓透射電鏡
低壓小型透射電鏡（Low-Voltage electron microscope, LVEM）采用的電子束加速電壓（5kV）遠(yuǎn)低于大型透射電鏡。較低的加速電壓會增強(qiáng)電子束與樣品的作用強(qiáng)度，從而使圖像襯度、對比度提升，尤其適合高分子、生物等樣品；同時，低壓透射電鏡對樣品的損壞較小。 [2] 
分辨率較大型電鏡低，1-2nm。由于采用低電壓，可以在一臺設(shè)備上整合透射電鏡、掃描電鏡與掃描透射電鏡
冷凍電鏡
冷凍電鏡（Cryo-microscopy）通常是在普通透射電鏡上加裝樣品冷凍設(shè)備，將樣品冷卻到液氮溫度（77K），用于觀測蛋白、生物切片等對溫度敏感的樣品。通過對樣品的冷凍，可以降低電子束對樣品的損傷，減小樣品的形變，從而得到更加真實的樣品形貌。
歷史
恩斯特·阿貝開始指出，對物體細(xì)節(jié)的分辨率受到用于成像的光波波長的限制，因此使用光學(xué)顯微鏡僅能對微米級的結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大觀察。通過使用由奧古斯特·柯勒和莫里茨·馮·羅爾研制的紫外光顯微鏡，可以將極限分辨率提升約一倍。然而，由于常用的玻璃會吸收紫外線，這種方法需要更昂貴的石英光學(xué)元件。當(dāng)時人們認(rèn)為由于光學(xué)波長的限制，無法得到亞微米分辨率的圖像。 [3] 
*部實際工作的TEM
*部實際工作的TEM
1858年，尤利烏斯·普呂克認(rèn)識到可以通過使用磁場來使陰極射線彎曲。這個效應(yīng)早在1897年就由曾經(jīng)被費(fèi)迪南德·布勞恩用來制造一種被稱為陰極射線示波器的測量設(shè)備，而實際上早在1891年，里克就認(rèn)識到使用磁場可以使陰極射線聚焦。后來，漢斯·布斯在1926年發(fā)表了他的工作，證明了制鏡者方程在適當(dāng)?shù)臈l件下可以用于電子射線。
1928年，柏林科技大學(xué)的高電壓技術(shù)教授阿道夫·馬蒂亞斯讓馬克斯·克諾爾來一個研究小組來改進(jìn)陰極射線示波器。這個研究小組由幾個博士生組成，這些博士生包括恩斯特·魯斯卡和博多·馮·博里斯。這組研究人員考慮了透鏡設(shè)計和示波器的列排列，試圖通過這種方式來找到更好的示波器設(shè)計方案，同時研制可以用于產(chǎn)生低放大倍數(shù)（接近1:1）的電子光學(xué)原件。1931年，這個研究組成功的產(chǎn)生了在陽極光圈上放置的網(wǎng)格的電子放大圖像。這個設(shè)備使用了兩個磁透鏡來達(dá)到更高的放大倍數(shù)，因此被稱為*臺電子顯微鏡。在同一年，西門子公司的研究室主任萊因霍爾德·盧登堡提出了電子顯微鏡的靜電透鏡的。
分辨率改進(jìn)
1927年，徳布羅意發(fā)表的論文中揭示了電子這種本認(rèn)為是帶有電荷的物質(zhì)粒子的波動特性。TEM研究組直到1932年才知道了這篇論文，隨后，他們迅速的意識到了電子波的波長比光波波長小了若干數(shù)量級，理論上允許人們觀察原子尺度的物質(zhì)。1932年四月，魯斯卡建議建造一種新的電子顯微鏡以直接觀察插入顯微鏡的樣品，而不是觀察格點(diǎn)或者光圈的像。通過這個設(shè)備，人們成功的得到了鋁片的衍射圖像和正常圖像，然而，其超過了光學(xué)顯微鏡的分辨率的特點(diǎn)仍然沒有得到*的證明。直到1933年，通過對棉纖維成像，才正式的證明了TEM的高分辨率。然而由于電子束會損害棉纖維，成像速度需要非?？?。
1936年，西門子公司繼續(xù)對電子顯微鏡進(jìn)行研究，他們的研究目的使改進(jìn)TEM的成像效果，尤其是對生物樣品的成像。此時，電子顯微鏡已經(jīng)由不同的研究組制造出來，如英國國家物理實驗室制造的EM1設(shè)備。1939年，*臺商用的電子顯微鏡安裝在了I. G Farben-Werke的物理系。由于西門子公司建立的新實驗室在第二次世界大戰(zhàn)中的一次空襲中被摧毀，同時兩名研究人員喪生，電子顯微鏡的進(jìn)一步研究工作被極大的阻礙。
進(jìn)一步研究
第二次世界大戰(zhàn)之后，魯斯卡在西門子公司繼續(xù)他的研究工作。在這里，他繼續(xù)研究電子顯微鏡，生產(chǎn)了*臺能夠放大十萬倍的顯微鏡。這臺顯微鏡的基本設(shè)計仍然在今天的現(xiàn)代顯微鏡中使用。*次關(guān)于電子顯微鏡的會議于1942年在代爾夫特舉行，參加者超過100人。隨后的會議包括1950年的巴黎會議和1954年的倫敦會議。
隨著TEM的發(fā)展，相應(yīng)的掃描透射電子顯微鏡技術(shù)被重新研究，而在1970年芝加哥大學(xué)的阿爾伯特·克魯發(fā)明了場發(fā)射槍，同時添加了高質(zhì)量的物鏡從而發(fā)明了現(xiàn)代的掃描透射電子顯微鏡。這種設(shè)計可以通過環(huán)形暗場成像技術(shù)來對原子成像?？唆敽退耐掳l(fā)明了冷場電子發(fā)射源，同時建造了一臺能夠?qū)鼙〉奶家r底之上的重原子進(jìn)行觀察的掃描透射電子顯微鏡。
背景知識
電子
理論上，光學(xué)顯微鏡所能達(dá)到的大分辨率，d，受到照射在樣品上的光子波長λ以及光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，NA，的限制：

二十世紀(jì)早期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)理論上使用電子可以突破可見光光波波長的限制（波長大約400納米-700納米）。與其他物質(zhì)類似，電子具有波粒二象性，而他們的波動特性意味著一束電子具有與一束電磁輻射相似的性質(zhì)。電子波長可以通過徳布羅意公式使用電子的動能得出。由于在TEM中，電子的速度接近光速，需要對其進(jìn)行相對論修正：

其中，h表示普朗克常數(shù)，m0表示電子的靜質(zhì)量，E是加速后電子的能量。電子顯微鏡中的電子通常通過電子熱發(fā)射過程從鎢燈絲上射出，或者采用場電子發(fā)射方式得到。隨后電子通過電勢差進(jìn)行加速，并通過靜電場與電磁透鏡聚焦在樣品上。透射出的電子束包含有電子強(qiáng)度、相位、以及周期性的信息，這些信息將被用于成像。
電子源
從上至下，TEM包含有一個可能由鎢絲制成也可能由六硼化鑭制成的電子發(fā)射源。對于鎢絲，燈絲的形狀可
基本的TEM光學(xué)元件布局圖。
基本的TEM光學(xué)元件布局圖。
能是別針形也可能是小的釘形。而六硼化鑭使用了很小的一塊單晶。通過將電子槍與高達(dá)10萬伏-30萬伏的高電壓源相連，在電流足夠大的時候，電子槍將會通過熱電子發(fā)射或者場電子發(fā)射機(jī)制將電子發(fā)射入真空。該過程通常會使用柵極來加速電子產(chǎn)生。一旦產(chǎn)生電子，TEM上邊的透鏡要求電子束形成需要的大小射在需要的位置，以和樣品發(fā)生作用。
對電子束的控制主要通過兩種物理效應(yīng)來實現(xiàn)。運(yùn)動的電子在磁場中將會根據(jù)右手定則受到洛倫茲力的作用，因此可以使用磁場來控制電子束。使用磁場可以形成不同聚焦能力的磁透鏡，透鏡的形狀根據(jù)磁通量的分布確定。另外，電場可以使電子偏斜固定的角度。通過對電子束進(jìn)行連續(xù)兩次相反的偏斜操作，可以使電子束發(fā)生平移。這種作用在TEM中被用作電子束移動的方式，而在掃描電子顯微鏡中起到了非常重要的作用。通過這兩種效應(yīng)以及使用電子成像系統(tǒng)，可以對電子束通路進(jìn)行足夠的控制。與光學(xué)顯微鏡不同，對TEM的光學(xué)配置可以非常快，這是由于位于電子束通路上的透鏡可以通過快速的電子開關(guān)進(jìn)行打開、改變和關(guān)閉。改變的速度僅僅受到透鏡的磁滯效應(yīng)的影響。
電子光學(xué)設(shè)備
一般來說，TEM包含有三級透鏡。這些透鏡包括聚焦透鏡、物鏡、和投影透鏡。聚焦透鏡用于將初的電子束成型，物鏡用于將穿過樣品的電子束聚焦，使其穿過樣品（在掃描透射電子顯微鏡的掃描模式中，樣品上方也有物鏡，使得射入的電子束聚焦）。投影透鏡用于將電子束投射在熒光屏上或者其他顯示設(shè)備，比如膠片上面。TEM的放大倍數(shù)通過樣品于物鏡的像平面距離之比來確定。另外的四極子或者六極子透鏡用于補(bǔ)償電子束的不對稱失真，被稱為散光。需要注意的是，TEM的光學(xué)配置于實際實現(xiàn)有非常大的不同，制造商們會使用自定義的鏡頭配置，比如球面像差補(bǔ)償系統(tǒng) 或者利用能量濾波來修正電子的色差。
成像設(shè)備
TEM的成像系統(tǒng)包括一個可能由顆粒極細(xì)（10-100微米）的硫化鋅制成熒光屏，可以向操作者提供直接的圖像。此外，還可以使用基于膠片或者基于CCD的圖像記錄系統(tǒng)。通常這些設(shè)備可以由操作人員根據(jù)需要從電子束通路中移除或者插入通路中。
結(jié)構(gòu)原理
透射電鏡的總體工作原理是：由電子槍發(fā)射出來的電子束，在真空通道中沿著鏡體光軸穿越聚光鏡，通過聚光鏡將之會聚成一束尖細(xì)、明亮而又均勻的光斑，照射在樣品室內(nèi)的樣品上；透過樣品后的電子束攜帶有樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息，樣品內(nèi)致密處透過的電子量少，稀疏處透過的電子量多；經(jīng)過物鏡的會聚調(diào)焦和初級放大后，電子束進(jìn)入下級的中間透鏡和第1、第2投影鏡進(jìn)行綜合放大成像，終被放大了的電子影像投射在觀察室內(nèi)的熒光屏板上；熒光屏將電子影像轉(zhuǎn)化為可見光影像以供使用者觀察。本節(jié)將分別對各系統(tǒng)中的主要結(jié)構(gòu)和原理予以介紹。
成像方式
電子束穿過樣品時會攜帶有樣品的信息，TEM的成像設(shè)備使用這些信息來成像。投射透鏡將處于正確位置的電子波分布投射在觀察系統(tǒng)上。觀察到的圖像強(qiáng)度，I，在假定成像設(shè)備質(zhì)量很高的情況下，近似的與電子波函數(shù)的時間平均幅度成正比。若將從樣品射出的電子波函數(shù)表示為Ψ，則

不同的成像方法試圖通過修改樣品射出的電子束的波函數(shù)來得到與樣品相關(guān)的信息。根據(jù)前面的等式，可以推出觀察到的圖像強(qiáng)度依賴于電子波的幅度，同時也依賴于電子波的相位。雖然在電子波幅度較低的時候相位的影響可以忽略不計，但是相位信息仍然非常重要。高分辨率的圖像要求樣品盡量的薄，電子束的能量盡量的高。因此可以認(rèn)為電子不會被樣品吸收，樣品也就無法改變電子波的振幅。由于在這種情況下樣品僅僅對波的相位造成影響，這樣的樣品被稱作純相位物體。純相位物體對波相位的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對波振幅的影響，因此需要復(fù)雜的分析來得到觀察到的圖像強(qiáng)度。例如，為了增加圖像的對比度，TEM需要稍稍離開聚焦位置一點(diǎn)。這是由于如果樣品不是一個相位物體，和TEM的對比度傳輸函數(shù)卷積以后將會降低圖像的對比度。
對比度信息
TEM中的對比度信息與操作的模式關(guān)系很大。復(fù)雜的成像技術(shù)通過改變透鏡的強(qiáng)度或取消一個透鏡等等構(gòu)成了許多的操作模式。這些模式可以用于獲得研究人員所關(guān)注的特別信息。
亮場
TEM較常見的操作模式是亮場成像模式。在這一模式中，經(jīng)典的對比度信息根據(jù)樣品對電子束的吸收所獲得。樣品中較厚的區(qū)域或者含有原子數(shù)較多的區(qū)域?qū)﹄娮游蛰^多，于是在圖像上顯得比較暗，而對電子吸收較小的區(qū)域看起來就比較亮，這也是亮場這一術(shù)語的來歷。圖像可以認(rèn)為是樣品沿光軸方向上的二維投影，而且可以使用比爾定律來近似。對亮場模式的更復(fù)雜的分析需要考慮到電子波穿過樣品時的相位信息。
衍射對比度
由于電子束射入樣品時會發(fā)生布拉格散射，樣品的衍射對比度信息會由電子束攜帶出來。例如晶體樣品會將電子束散射至后焦平面上離散的點(diǎn)上。通過將光圈放置在后焦平面上，可以選擇合適的反射電子束以觀察到需要的布拉格散射的圖像。通常僅有非常少的樣品造成的電子衍射會投影在成像設(shè)備上。如果選擇的反射電子束不包括位于透鏡焦點(diǎn)的未散射電子束，那么在圖像上沒有樣品散射電子束的位置上，也就是沒有樣品的區(qū)域?qū)前档?。這樣的圖像被稱為暗場圖像。
鋼鐵中原子尺度上晶格錯位的TEM圖像。
鋼鐵中原子尺度上晶格錯位的TEM圖像。
現(xiàn)代的TEM經(jīng)常裝備有允許操作人員將樣品傾斜一定角度的夾具，以獲得特定的衍射條件，而光圈也放在樣品的上方以允許用戶選擇能夠以合適的角度進(jìn)入樣品的電子束。
這種成像方式可以用來研究晶體的晶格缺陷。通過認(rèn)真的選擇樣品的方向，不僅能夠確定晶體缺陷的位置，也能確定缺陷的類型。如果樣品某一特定的晶平面僅比較強(qiáng)的衍射角小一點(diǎn)點(diǎn)，任何晶平面缺陷將會產(chǎn)生非常強(qiáng)的對比度變化。然而原子的位錯缺陷不會改變布拉格散射角，因此也就不會產(chǎn)生很強(qiáng)的對比度。
電子能量損失
通過使用采用電子能量損失光譜學(xué)這種技術(shù)的光譜儀，適當(dāng)?shù)碾娮涌梢愿鶕?jù)他們的電壓被分離出來。這些設(shè)備允許選擇具有特定能量的電子，由于電子帶有的電荷相同，特定能量也就意味著特定的電壓。這樣，這些特定能量的電子可以與樣品發(fā)生特定的影響。例如，樣品中不同的元素可以導(dǎo)致射出樣品的電子能量不同。這種效應(yīng)通常會導(dǎo)致色散，然而這種效應(yīng)可以用來產(chǎn)生元素成分的信息圖像，根據(jù)原子的電子-電子作用。
電子能量損失光譜儀通常在光譜模式和圖像模式上操作，這樣就可以隔離或者排除特定的散射電子束。由于在許多圖像中，非彈性散射電子束包含了許多操作者不關(guān)心的信息，從而降低了有用信息的可觀測性。這樣，電子能量損失光譜學(xué)技術(shù)可以通過排除不需要的電子束有效提高亮場觀測圖像與暗場觀測圖像的對比度。
相襯技術(shù)
晶體結(jié)構(gòu)可以通過高分辨率透射電子顯微鏡來研究，這種技術(shù)也被稱為相襯顯微技術(shù)。當(dāng)使用場發(fā)射電子源的時候，觀測圖像通過由電子與樣品相互作用導(dǎo)致的電子波相位的差別重構(gòu)得出。然而由于圖像還依賴于射在屏幕上的電子的數(shù)量，對相襯圖像的識別更加復(fù)雜。然而，這種成像方法的優(yōu)勢在于可以提供有關(guān)樣品的更多信息。
衍射模式
如前所述，通過調(diào)整磁透鏡使得成像的光圈處于透鏡的后焦平面處而不是像平面上，就會產(chǎn)生衍射圖樣。對于單晶體樣品，衍射圖樣表現(xiàn)為一組排列規(guī)則的點(diǎn)，對于多晶或無定形固體將會產(chǎn)生一組圓環(huán)。對于單晶體，衍射圖樣與電子束照射在樣品的方向以及樣品的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常僅僅根據(jù)衍射圖樣上的點(diǎn)的位置與觀測圖像的對稱性就可以分析出晶體樣品的空間群信息以及樣品晶體方向與電子束通路的方向的相對關(guān)系。
面心立方奧氏體不銹鋼孿晶結(jié)晶衍射圖
面心立方奧氏體不銹鋼孿晶結(jié)晶衍射圖
衍射圖樣的動態(tài)范圍通常非常大。對于晶體樣品，這個動態(tài)范圍通常超出了CCD所能記錄的大范圍。因此TEM通常裝備有膠卷暗盒以記錄這些圖像。
對衍射圖樣點(diǎn)對點(diǎn)的分析非常復(fù)雜，這是由于圖像與樣品的厚度和方向、物鏡的失焦、球面像差和色差等等因素都有非常密切的關(guān)系。盡管可以對格點(diǎn)圖像對比度進(jìn)行定量的解釋，然而分析本質(zhì)上非常復(fù)雜，需要大量的計算機(jī)仿真來計算。
衍射平面還有更加復(fù)雜的表現(xiàn)，例如晶體格點(diǎn)的多次衍射造成的菊池線。在會聚電子束衍射技術(shù)中，會聚電子束在樣品表面形成一個極細(xì)的探針，從而產(chǎn)生了不平行的會聚波前，而匯聚電子束與樣品的作用可以提供樣品結(jié)構(gòu)以外的信息，例如樣品的厚度等等。
TEM成像原理
透射電子顯微鏡的成像原理 [4]  可分為三種情況：
吸收像：當(dāng)電子射到質(zhì)量、密度大的樣品時，主要的成相作用是散射作用。樣品上質(zhì)量厚度大的地方對電子的散射角大，通過的電子較少，像的亮度較暗。早期的透射電子顯微鏡都是基于這種原理。
衍射像：電子束被樣品衍射后，樣品不同位置的衍射波振幅分布對應(yīng)于樣品中晶體各部分不同的衍射能力，當(dāng)出現(xiàn)晶體缺陷時，缺陷部分的衍射能力與完整區(qū)域不同，從而使衍射波的振幅分布不均勻，反映出晶體缺陷的分布。
相位像：當(dāng)樣品薄至100Å以下時，電子可以穿過樣品，波的振幅變化可以忽略，成像來自于相位的變化。
TEM系統(tǒng)組件
TEM系統(tǒng)由以下幾部分組成 [5] 
電子槍：發(fā)射電子，由陰極、柵極、陽極組成。陰極管發(fā)射的電子通過柵極上的小孔形成射線束，經(jīng)陽極電壓加速后射向聚光鏡，起到對電子束加速、加壓的作用。
聚光鏡：將電子束聚集，可用已控制照明強(qiáng)度和孔徑角。
樣品室：放置待觀察的樣品，并裝有傾轉(zhuǎn)臺，用以改變試樣的角度，還有裝配加熱、冷卻等設(shè)備。
物鏡：為放大率很高的短距透鏡，作用是放大電子像。物鏡是決定透射電子顯微鏡分辨能力和成像質(zhì)量的關(guān)鍵。
中間鏡：為可變倍的弱透鏡，作用是對電子像進(jìn)行二次放大。通過調(diào)節(jié)中間鏡的電流，可選擇物體的像或電子衍射圖來進(jìn)行放大。
透射鏡：為高倍的強(qiáng)透鏡，用來放大中間像后在熒光屏上成像。
此外還有二級真空泵來對樣品室抽真空、照相裝置用以記錄影像。
照明系統(tǒng)
照明系統(tǒng)包括電子槍和聚光鏡2個主要部件，它的功用主要在于向樣品及成像系統(tǒng)提供亮度足夠的光源，電子束流，對它的要求是輸出的電子束波長單一穩(wěn)定，亮度均勻*，調(diào)整方便，像散小。
電子槍（electronic gun）
由陰極（cathode）、陽極（anode）和柵極（grid）組成，圖4-14為它的剖面結(jié)構(gòu)示意圖和實物分解圖。

（1）陰極 陰極是產(chǎn)生自由電子的源頭，一般有直熱式和旁熱式2種，旁熱式陰極是將加熱體和陰極分離，各自保持獨(dú)立。在電鏡中通常由加熱燈絲（filament）兼做陰極稱為直熱式陰極，材料多用金屬鎢絲制成，其特點(diǎn)是成本低，但亮度低，壽命也較短。燈絲的直徑約為0.10～0.12mm，當(dāng)幾安培的加熱電流流過時，即可開始發(fā)射出自由電子，不過燈絲周圍必須保持高度真空，否則就象漏氣燈泡一樣，加熱的燈絲會在傾刻間被氧化燒毀。燈絲的形狀較常采用的是發(fā)叉式，也有采用箭斧式或點(diǎn)狀式的（圖4-15），后 2種燈絲發(fā)光亮度高，光束尖細(xì)集中，適用于高分辨率電鏡照片的拍攝，但使用壽命更短。
陰極燈絲被安裝在高絕緣的陶瓷燈座上（圖4-16），既能絕緣、耐受幾千度的高
溫，還可以方便更換。燈絲的加熱電流值是連續(xù)可調(diào)的。
在一定的界限內(nèi)，燈絲發(fā)射出來的自由電子量與加熱電流強(qiáng)度成正比，但在超越這個界限后，電流繼續(xù)加大，只能降低燈絲的使用壽命，卻不能增大自由電子的發(fā)射量，我們把這個臨界點(diǎn)稱做燈絲飽和點(diǎn)，意即自由電子的發(fā)射量已達(dá)“滿額”，無以復(fù)加。正常使用常把燈絲的加熱電流調(diào)整設(shè)定在接近飽和而不到的位置上，稱做“欠飽和點(diǎn)”。這樣在保證能獲得較大的自由電子發(fā)射量的情況下，可以大限度地延長燈絲的使用壽命。鎢制燈絲的正常使用壽命為40h左右，現(xiàn)代電 鏡中有時使用新型材料六硼化鑭（LaB6）來制作燈絲，其價格較貴，但發(fā)光效率高、亮度大（能提高一個數(shù)量級），并且使用壽命遠(yuǎn)較鎢制燈絲長得多，可以達(dá)到1000h ，是一種很好的新型材料。

（2）陽極 為一中心有孔的金屬圓筒，處在陰極下方，當(dāng)陽極上加有 數(shù)十千伏或上百千伏的正高壓??加速電壓時，將對陰極受熱發(fā)射出來的自由電子產(chǎn)生強(qiáng)烈的引力作用，并使之從雜亂無章的狀態(tài)變?yōu)橛行虻亩ㄏ蜻\(yùn)動， 同時把自由電子加速到一定的運(yùn)動速度（與加速電壓有關(guān)，前面已經(jīng)討論過）， 形成一股束流射向陽極靶面。凡在軸心運(yùn)動的電子束流，將穿過陽極中心的圓孔射出電子槍外，成為照射樣品的光源。
（3）柵極位于陰、陽極之間，靠近燈絲頂端，為形似帽狀的金屬物，中心亦有一小孔供電子束通過。柵極上加有0～1000V的負(fù)電壓（對陰極而言），這個負(fù)電壓稱為柵偏壓VG，它的高低不同，可由使用者根據(jù)需要調(diào)整，柵極偏壓能使電子束產(chǎn)生向中心軸會聚的作用，同時對燈絲上自由電子的發(fā)射量也有一定的調(diào)控抑制作用。
（4）工作原理 圖4-17表明，在燈絲電源VF作用下，電流IF流過燈絲陰極，使之發(fā)熱達(dá)2500℃以上時，便可產(chǎn)生自由電子并逸出燈絲表面。加速電壓VA 使陽極表面聚集了密集的正電荷，形成了一個強(qiáng)大的正電場，在這個正電場的作用下自由電子便飛出了電子槍外。調(diào)整VF可使燈絲工作在欠飽和點(diǎn)，電鏡使用過程中可根據(jù)對亮度的 需要調(diào)節(jié)柵偏壓VG的大小來控制電子束流量的大小。
電鏡中加速電壓VA也是可調(diào)的，VA增大時，電子束的波長λ縮短，有利于電鏡分辨力的提高。同時穿透能力增強(qiáng)，對樣品的熱損傷小，但此時會由于電子束與樣品碰撞，導(dǎo)致彈性散射電子的散射角隨之增大，成像反差會因此而有所下降，所以，在不追求高分辨率觀察應(yīng)用時，選擇較低的加速電壓反而可以獲得較大的成像反差，尤其對于自身反差對比較小的生物樣品，選用較低的加速電壓有時是有利的。
還有一種新型的電子槍場發(fā)射式電子槍（見圖4-18），由1個陰極和2個陽極構(gòu)成，第1陽極上施加一稍低（相對第2陽極）的吸附電壓，用以將陰極上面的自由電子吸引出來，而第2陽極上面的*電壓，將自由電子加速到很高的速度發(fā)射出電子束流。這需要超高電壓和超高真空為工作條件，它工作時要求真空度達(dá)到10-7Pa，熱損耗極小，使用壽命可達(dá)2000 h；電子束斑的光點(diǎn)更為尖細(xì)，直徑可達(dá)到10nm以下，較鎢絲陰極（大于10nm）縮小了3個數(shù)量級；由于發(fā)光效率高，它發(fā)出光斑的亮度能達(dá)到10 A/cm·s，較鎢絲陰極（106 A/cm·s ）也提高了3個數(shù)量級。場發(fā)射式電子槍因技術(shù)、造價昂貴，只應(yīng)用于高檔高分辨電鏡當(dāng)中。

聚光鏡（condonser lens）
聚光鏡處在電子槍的下方，一般由2～3級組成，從上至下依次稱為第1、第2聚光鏡（以C1 和C2表示）。關(guān)于電磁透鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理已經(jīng)在上一節(jié)中介紹，電鏡中設(shè)置聚光鏡的用途是將電子槍發(fā)射出來的電子束流會聚成亮度均勻且照射范圍可調(diào)的光斑，投射在下面的樣品上。C1和C2的結(jié)構(gòu)相似，但極靴形狀和工作電流不同，所以形成的磁場強(qiáng)度和用也不相同。C1為強(qiáng)磁場透鏡，C2為弱磁場透鏡，各級聚光鏡組合在一起使用，可以調(diào)節(jié)照明束斑的直徑大小，從而改變了照明亮度的強(qiáng)弱，在電鏡操縱面板上一般都設(shè)有對應(yīng)的調(diào)節(jié)旋扭。C1、C2的工作原理是通過改變聚光透鏡線圈中的電流，來達(dá)到改變透鏡所形成的磁場強(qiáng)度的變化，磁場強(qiáng)度的變化（亦即折射率發(fā)生變化）能使電子束的會聚點(diǎn)上下移動，在樣品表面上電子束斑會聚得越小，能量越集中，亮度也越大；反之束斑發(fā)散，照射區(qū)域變大則亮度就減小。通過調(diào)整聚光鏡電流來改變照明亮度的方法，實際上是一個間接的調(diào)整方法，亮度的大值受到電子束流量的限制。如想更大程度上改變照明亮度，只有通調(diào)整前面提到的電子槍中的柵極偏壓，才能從根本上改變電子束流的大小。在C2上通常 裝配有活動光闌，用以改變光束照明的孔徑角，一方面可以限制投射在樣品表面的照明區(qū)域，使樣品上無需觀察的部分免受電子束的轟擊損傷；另一方面也能減少散射電子等不利信號帶來的影響。
成像系統(tǒng)
樣品室（specimen room ）
樣品室處在聚光鏡之下，內(nèi)有載放樣品的樣品臺。樣品臺必須能做水平面上X、Y方向的移動，以選擇、移動觀察視野，相對應(yīng)地配備了2個操縱桿或者旋轉(zhuǎn)手輪，這是一個精密的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，每一個操縱桿旋轉(zhuǎn)10圈時，樣品臺才能沿著某個方向移動3mm左右。現(xiàn)代高檔電鏡可配有由計算機(jī)控制的馬達(dá)驅(qū)動的樣品臺，力求樣品在移動時精確，固定時穩(wěn)定；并能由計算機(jī)對樣品做出標(biāo)簽式定位標(biāo)記，以便使用者在需要做回顧性對照時依靠計算機(jī)定位查找，這是在手動選區(qū)操作中很難實現(xiàn)的。 生物醫(yī)學(xué)樣品在做透射電鏡觀察時，基本上都是將原始樣品以環(huán)氧樹脂包埋，然后用非常精密的超薄切片機(jī)切成薄片，具為特制的玻璃刀或者是鉆石刀。切下的生物醫(yī)學(xué)樣品的厚度通常只有幾十個納米（nm），這在一般情況下用肉眼是不能直接看到的，必須讓切片飄浮在水面上，由操作熟練的技術(shù)人員借助特殊的照明光線，并以特殊的角 度才能觀察到如此薄的切片。切好的薄片被撈放在銅網(wǎng)上，經(jīng)過染色和干燥后才能用于觀察.透射電鏡樣品的制作是一個漫長、復(fù)雜而又精密的過程，技術(shù)性非常強(qiáng)。但是我們前面介紹過，要想獲得優(yōu)良的電鏡影像，制做優(yōu)良的樣品標(biāo)本乃是非常重要的*步。
盛放樣品的銅網(wǎng)根據(jù)需要可以是多種多樣的，直徑一般均為3mm ，通常銅網(wǎng)上有多少個柵格，我們就把它稱作多少目。之所以選擇銅制作樣品網(wǎng)，是由于它不會與電子束及電磁場發(fā)生作用，同理還可以選擇其他導(dǎo)磁率低的金屬材料（如鎳）制作樣品網(wǎng)，樣品網(wǎng)屬于易耗品，銅網(wǎng)加工容易、成本低，故使用十分普及。
透射電鏡常見的樣品臺有2種：①頂入式樣品臺，要求樣品室空間大，一次可放入多個（常見為6個）樣品網(wǎng)，樣品網(wǎng)盛載杯呈環(huán)狀排列。使用時可以依靠機(jī)械手裝置進(jìn)行依次交換。優(yōu)點(diǎn)是每觀察完多個樣品后，才在更換樣品時破壞一次樣品室的真空，比較方便、省時間；但所需空間太大，致使樣品距下面物鏡的距離較遠(yuǎn)，不適于縮短物鏡焦距，會影響電鏡分辨力的提高。②側(cè)插式樣品臺，樣品臺制成桿狀，樣品網(wǎng)載放在前端，只能盛放1～2個銅網(wǎng)。樣品臺的體積小，所占空間也小，可以設(shè)置在物鏡內(nèi)部的上半端，有利于電鏡分辨率的提高。缺點(diǎn)是一次不能同時放入多個樣品網(wǎng)，每次更換樣品必須破壞一次樣品室的真空，略嫌不便。
在性能較高的透射式電鏡中，大多采用上述側(cè)插式樣品臺，為的是大限度地提高電鏡的分辨能力。高檔次的電鏡可以配備多種式樣的側(cè)插式樣品臺，某些樣品臺通過金屬聯(lián)接能對樣品網(wǎng)加熱或者致冷，以適應(yīng)不同的用途。樣品是先盛載在銅網(wǎng)上，然后固定在樣品臺上的，樣品臺與樣品握持桿合為一體，是一個非常精巧的部件。樣品桿的中部有一個“O”形橡膠密封圈，膠圈表面涂有真空脂，以隔離樣品室與鏡體外部的真空（兩端的氣壓差極大，比值可達(dá)10～10）。 樣品室的上下電子束通道各設(shè)了一個真空閥，用以在更換樣品時切斷電子束通道 ，只破壞樣品室內(nèi)的真空，而不影響整個鏡筒內(nèi)的真空，這樣在更換樣品后樣品室重又抽回真空時，可節(jié)省許多時間。當(dāng)樣品室的真空度與鏡筒內(nèi)達(dá)到平衡時， 再重新開啟與鏡筒相通的真空閥。
物鏡（object lens）
處于樣品室下面，緊貼樣品臺，是電鏡中的第1個成像元件，在物鏡上產(chǎn)生哪怕是極微小的誤差，都會經(jīng)過多級高倍率放大而明顯地暴露出來，所以這是電鏡的一個重要部件，決定了一臺電鏡的分辨本領(lǐng)，可看作是電鏡的心臟。
（1）特點(diǎn) 物鏡是一塊強(qiáng)磁透鏡，焦距很短，對材料的質(zhì)地純度、加工精度、使用中污染的狀況等工作條件都要求*。致力于提高一臺電鏡的分辨率指標(biāo)的核心問題，便是對物鏡的性能設(shè)計和工藝制作的綜合考核。盡可能地使之焦距短、像差小，又希望其空間大，便于樣品操作，但這中間存在著不少相互矛盾的環(huán)節(jié)。
（2）作用 進(jìn)行初步成像放大，改變物鏡的工作電流，可以起到調(diào)節(jié)焦距的作用。電鏡操作面板上粗、細(xì)調(diào)焦旋扭，即為改變物鏡工作電流之用。
為滿足物鏡的前述要求，不僅要將樣品臺設(shè)計在物鏡內(nèi)部，以縮短物鏡焦距；還要配置良好的冷卻水管，以降低物鏡電流的熱飄移；此外，還裝有提高成像反差的可調(diào)活動光闌，及其要達(dá)到高分辨率的消像散器。對于高性能的電子顯微鏡，都通過物鏡裝有以液氮為媒質(zhì)的防污染冷阱，給樣品降溫。
中間鏡和投影鏡
中間鏡（intemediate lens）和投影鏡（projection lens）
在物鏡下方，依次設(shè)有中間鏡和第1投影鏡、第2投影鏡，以共同完成對物鏡成像的進(jìn)一步放大任務(wù)。從結(jié)構(gòu)上看，它們都是相類似的電磁透鏡，但由于各自的位置和作用不盡相同，故其工作參數(shù)、勵磁電流和焦距的長短也不相同。電鏡總放大率：
M=MO·MI·MP1·MP2
即為物鏡、中間鏡和投影鏡的各自放大率之積。當(dāng)電鏡放大率在使用中需要變換時，就必須使它們的焦距長短相應(yīng)做出變化，通常是改變靠中間鏡和第1投影鏡線圈的勵磁工作電流來達(dá)到的。電鏡操縱面板上放大率變換鈕即為控制中間鏡和投影鏡的電流之用。
對中間鏡和投影鏡這類放大成像透鏡的主要要求是：在盡可能縮短鏡筒高度的條件下，得到滿足高分辨率所需的高放大率，以及為尋找合適視野所需的低放大率；可以進(jìn)行電子衍射像分析，做選區(qū)衍射和小角度衍射等特殊觀察；同樣也希望它們的像差、畸變和軸上像散都盡可能地小。
觀察記錄
觀察室
透射電鏡的終成像結(jié)果，顯現(xiàn)在觀察室內(nèi)的熒光屏上，觀察室處于投影鏡下，空間較大，開有1～3個鉛玻璃窗，可供操作者從外部觀察分析用。對鉛玻璃的要求是既有良好的透光特性，又能阻斷X線散射和其他有害射線的逸出，還要能可靠地耐受*的壓力差以隔離真空。
由于電子束的成像波長太短，不能被人的眼睛直接觀察，電鏡中采用了涂有熒光物質(zhì)的熒光屏板把接收到的電子影像轉(zhuǎn)換成可見光的影像。觀察者需要在熒光屏上對電子顯微影像 進(jìn)行選區(qū)和聚焦等調(diào)整與觀察分析，這要求熒光屏的發(fā)光效率高，光譜和余輝適當(dāng)，分辨力好。多采用能發(fā)黃綠色光的硫化鋅-鎘類熒光粉做為涂布材料，直徑約在15～20cm。
熒光屏的中心部分為一直徑約10cm的圓形活動熒光屏板，平放時與外周熒屏吻合，可以進(jìn)行大面積觀察。使用外部操縱手柄可將活動熒屏拉起，斜放在45°角位置，此時可用電鏡置配的雙目放大鏡，在觀察室外部通過玻璃窗來精確聚焦或細(xì)致分析影像結(jié)構(gòu)；而活動熒光屏*直立豎起時能讓電子影像通過，照射在下面的感光膠片上進(jìn)行曝光。
照相室
在觀察中電子束長時間轟擊生物醫(yī)學(xué)樣品標(biāo)本，必會使樣品污染或損傷。所以對有診斷分析價值的區(qū)域，若想長久地觀察分析和反復(fù)使用電鏡成像結(jié)果，應(yīng)該盡快把它保留下來，將因為電子束轟擊生物醫(yī)學(xué)樣品造成的污染或損傷降低到小。此外，熒光屏上的粉質(zhì)顆粒的解像力還不夠高，尚不能充分反映出電鏡成像的分辨本領(lǐng)。將影像記錄存儲在膠片上照相，便解決了這些問題。
照相室處在鏡筒的下部，內(nèi)有送片盒（用于儲存未曝光底片）和接收盒（用于收存已曝光底片）及一套膠片傳輸機(jī)構(gòu)。電鏡生產(chǎn)的廠家、機(jī)型不同，片盒的儲片數(shù)目也不相同，一般在20～50片/盒左右，底片尺寸日本多采用82.5mm×118mm，美國常用82.5mm×101.6mm，而歐州則用90mm×120mm。每張底片都由特制的一個不銹鋼底片夾夾持，疊放在片盒內(nèi)。工作時由輸片機(jī)構(gòu)相繼有序地推放底片夾到熒光屏下方電子束成像的位置上。曝光控制有手控和自控兩種方法，快門啟動裝置通常并聯(lián)在活動熒光屏板的扳手柄上。電子束流的大小可由探測器檢測，給操作者以曝光指示；或者應(yīng)用全自動曝光模式由計算機(jī)控制，按程序選擇曝光亮度和佳曝光時間完成影像的拍攝記錄。
現(xiàn)代電鏡都可以在底片上打印出每張照片拍攝時的工作參數(shù)，如：加速電壓值、放大率 、微米標(biāo)尺、簡要文字說明、成像日期、底片序列號及操作者注解等備查的記錄參數(shù)。觀察室與照相室之間有真空隔離閥。以便在更換底片時，只打開照相室而不影響整個鏡筒的真空。
陰極射線管（CRT）顯示器
電鏡的操作面板上的CRT顯示器主要用于電鏡總體工作狀態(tài)的顯示、操作鍵盤的輸入內(nèi)容顯示、計算機(jī)與操作者之間的人機(jī)對話交流提示以及電鏡維修調(diào)整過程中的程序提示、故障示等。
真空系統(tǒng)
電鏡鏡筒內(nèi)的電子束通道對真空度要求很高，電鏡工作必須保持在10-3～10Pa以上的真空度（高性能的電鏡對真空度的要求更達(dá)10Pa以上），因為鏡筒中的殘留氣體分子如果與高速電子碰撞，就會產(chǎn)生電離放電和散射電子，從而引起電子束不穩(wěn)定，增加像差，污染樣品，并且殘留氣體將加速高熱燈絲的氧化，縮短燈絲壽命。獲得高真空是由各種真空泵來共同配合抽取的。
機(jī)械泵（旋轉(zhuǎn)泵）
機(jī)械泵因在其他場合使用非常廣泛而比較常見，它工作時是靠泵體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)葉輪刮片將空氣吸入、壓縮、排放到外界的。機(jī)械泵的抽氣速度每分鐘僅為160L左右 ，工作能力也只能達(dá)到0.1～0.01Pa，遠(yuǎn)不能滿足電鏡鏡筒對真空度的要求，所以機(jī)械泵只做為真空系統(tǒng)的前級泵來使用。
油擴(kuò)散泵
擴(kuò)散泵的工作原理是用電爐將特種擴(kuò)散泵油加熱至蒸汽 狀態(tài)，高溫油蒸汽膨漲向上升起，靠油蒸汽吸附電鏡鏡體內(nèi)的氣體，從噴嘴朝著擴(kuò)散泵內(nèi)壁射出，在環(huán)繞擴(kuò)散泵外壁的冷卻水的強(qiáng)制降溫下，油蒸汽冷卻成液體時析出氣體排至泵外，由機(jī)械泵抽走氣體，油蒸汽冷卻成液體后靠重力回落到加熱電爐上的油槽里循環(huán)使用。擴(kuò)散泵的抽氣速度很快，約為每秒鐘570L左右，工作能力也較強(qiáng)，可達(dá)10～10Pa。但它只能在氣體分子較稀薄時使用，這是由于氧氣成分較多時易 使高溫油蒸氣燃燒，所以擴(kuò)散泵通常與機(jī)械泵串聯(lián)使用，在機(jī)械泵將鏡筒真空度抽到一定程度時，才啟動擴(kuò)散泵。
近年電鏡廠商在制作中為實現(xiàn)超高壓、超高分辨率，必須滿足超高真空度的要求，為此在電鏡的真空系統(tǒng)中又推出了離子泵和渦輪分子泵，把它們與前述的機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵聯(lián)用可以達(dá)到10Pa的超高真空度水平。
[title2]真空閥
調(diào)校系統(tǒng)
消像散器
像散（指軸上像散）的產(chǎn)生除了前面介紹的材質(zhì)、加工精度等原因以外，實際上在使用過程中，會因為各部件的疲勞損耗、真空油脂的擴(kuò)散沉積、以及生物醫(yī)學(xué)樣品中的有機(jī)物在電子束照射下的熱蒸發(fā)污染等眾多因素逐漸積累，使得像散也在不斷變化。所以像散的消除在電鏡制造和應(yīng)用之中都成了*的重要技術(shù)。
早期電鏡中曾采用過機(jī)械式消像散器，利用手動機(jī)械裝置來調(diào)整電磁透鏡周圍的小磁鐵 組成的消像散器，來改變透鏡磁場分布的缺陷。但由于調(diào)整的精確性和使用的方便性均難令人滿意，這種方式已被淘汰。消像散器由圍繞光軸對稱環(huán)狀均勻分布的8個小電磁線圈構(gòu)成，用以消除（或減小）電磁透鏡因材料、加工、污染等因素造成的像散。其中每4個互相垂直的線圈為1組，在任一直徑方向上的2個線圈產(chǎn)生的磁場方向相反，用2組控制電路來分別調(diào)節(jié)這2組線圈中的直流電流的大小和方向，即能產(chǎn)生1個強(qiáng)度和方向可變的合成磁場，以補(bǔ)償透鏡中所原有的不均勻磁場缺陷（圖中橢圓形實線），以達(dá)到消除或降低軸上像散的效果。
一般電鏡在第2聚光鏡中和物鏡中各裝有2組消像器，稱為聚光鏡消像散器和物鏡消像散器。聚光鏡產(chǎn)生的像散可從電子束斑的橢圓度上看出，它會造成成像面上亮度不均勻和限制分辨率的提高。調(diào)整聚光鏡消像散器（鏡體操作面板上裝有對應(yīng)可調(diào)旋鈕），使橢圓形光斑恢復(fù)到較接近圓狀即可基本上消除聚光鏡中存在的像散。
物鏡像散能在很大程度上影響成像質(zhì)量，消除起來也比較困難。通常使用放大鏡觀察樣品支持膜上小孔在欠焦時產(chǎn)生的費(fèi)涅爾圓環(huán)的均勻度，或者使用專門的消像散特制標(biāo)本來調(diào)整消除，這需要一定的經(jīng)驗和操作技巧。在一些高檔電鏡機(jī)型之中，開始出現(xiàn)了自動消像散和自動聚焦等新功能，為電鏡的使用和操作提供了極大的方便。
束取向調(diào)整器及合軸
較理想的電鏡工作狀態(tài)，應(yīng)該是使電子槍、各級透鏡與熒光屏中心的軸線重合。但這是很難達(dá)到的，它們的空間幾何位置多多少少會存在著一些偏差，輕者使電子束的運(yùn)行發(fā)生偏離和傾斜，影響分辨力；稍微嚴(yán)重時會使電鏡無法成像甚至不能出光（電子束嚴(yán)重偏離中軸，不能射及熒光屏面）。為此電鏡采取的對應(yīng)彌補(bǔ)調(diào)整方法為機(jī)械合軸加電氣合軸的操作。
機(jī)械合軸是整個合軸操作的先行步驟，通過逐級調(diào)節(jié)電子槍及各透鏡的定位螺絲，來形成共同的中心軸線。這種調(diào)節(jié)方法很難達(dá)到十分精細(xì)的程度，只能較為粗略地調(diào)整，然后再輔之以電氣合軸補(bǔ)償。
電氣合軸是使用束取向調(diào)整器的作用來完成的，它能使照明系統(tǒng)產(chǎn)生的電子束做平行移動和傾斜移動，以對準(zhǔn)成像系統(tǒng)的中心軸線。束取向調(diào)整器分槍（電子槍）平移、傾斜和束（電子束）平移、傾斜線圈兩部分。前者用以調(diào)整電子槍發(fā)射出電子束的水平位置和傾斜角度；后者用以對聚光鏡通道中電子束的調(diào)整。均為在照明光路中加裝的小型電磁線圈，改變線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和方向，可以推動電子束做細(xì)微的移位動作。
合軸的操作較為復(fù)雜，不過在合軸操作完成后，一般不需經(jīng)常調(diào)整。只是束平移調(diào)節(jié)作為一 個經(jīng)常調(diào)動的旋鈕，放在電鏡的操作面板上，供操作者在改變某些工作狀態(tài)（如放大率變換）后，將偏移了的電子束亮斑中心拉回?zé)晒馄恋闹行?，此調(diào)節(jié)器旋鈕也稱為“亮度對中”鈕。
光闌
如前所述，為限制電子束的散射，更有效地利用近軸光線，消除球差、提高成像質(zhì)量和反差 ，電鏡光學(xué)通道上多處加有光闌，以遮擋旁軸光線及散射光。 光闌有固定光闌和活動光闌2種，固定光闌為管狀無磁金屬物，嵌入透鏡中心，操作者無法調(diào)整（如聚光鏡固定光闌）?；顒庸怅@是用長條狀無磁性金屬鉬薄片制成，上面縱向等距離排列有幾個大小不同的光闌孔，直徑從數(shù)十到數(shù)百個微米不等，以供選擇使用?；顒庸怅@鉬片被安裝在調(diào)節(jié)手柄的前端，處于光路的中心，手柄端在鏡體的外部?；顒庸怅@手柄整體的中部，嵌有“O”形橡膠圈來隔離鏡體內(nèi)外部的真空?？晒┱{(diào)節(jié)用的手柄上標(biāo)有1、2、3、4號定位標(biāo)記，號數(shù)越大，所選的就孔徑越小。光闌孔要求很圓而且光滑，并能在 X、Y方向上的平面里做幾何位置移動，使光闌孔精確地處于光路軸心。因此，活動光闌的調(diào)節(jié)手柄，應(yīng)能讓操作者在鏡體外部方便地選擇光闌孔徑，調(diào)整、移動活動光闌在光路上的空間幾何位置。
電鏡上常設(shè)3個活動光闌供操作者變換選用：①聚光鏡C2光闌，孔徑約在20～200μm左右，用于改變照射孔徑角，避免大面積照射對樣品產(chǎn)生不必要的熱損傷。光闌孔的變換會影響光束斑點(diǎn)的大小和照明亮度；②物鏡光闌，能顯著改變成像反差?？讖郊s在10～100μm 左右，光闌孔越小，反差就越大，亮度和視場也越?。ǖ捅队^察時才能看到視場的變化）。若選擇的物鏡光闌孔徑太小時，雖能提高影像反差，但會因電子線衍射增大而影響分辨能力，且易受到照射污染。如果真空油脂等非導(dǎo)電雜質(zhì)沉積在上面，就可能在電子束的轟擊下充放電，形成的小電場會干擾電子束成像，引起像散，所以物鏡光闌孔徑的選擇也應(yīng)適當(dāng)；③中間鏡光闌，也稱選區(qū)衍射光闌，孔徑約在50～400μm左右，應(yīng)用于衍射成像等特殊的觀察之中。
操作步驟
開循環(huán)水。由于新電鏡循環(huán)水不關(guān)，這步可省。但要注意水溫是否正常。打開電源開關(guān)。IN/OUT。從來都是開著的，這步也可省。打開熒屏電源；檢查熒屏*頁：確認(rèn)①電壓是否在120KV。②確認(rèn)樣品位置“specimen position”為原點(diǎn)：<x，y，z>=0，0，0，如果不是原點(diǎn)，使用觀察窗左側(cè)“SPEC CONTROLLER”控制面板上的N鍵復(fù)原（注意在沒有插入樣品桿時，嚴(yán)禁使用“N”鍵！，所以每次推出樣品桿之前應(yīng)該復(fù)位）；③α-selector為2用鍵盤鍵入P3，使熒屏顯示第三頁，檢查P1－至P5的電流值，正常情況下：p1:25,p2:25,p3:29,p4,28,p5,100，觀察閥V1，V2和V4,V5B,V8,V13,V17和V 21共8個閥處于打開狀態(tài)。察看右下方的真空面板，確定真空進(jìn)入10-5Pa量程，理想的狀態(tài)的是指針居中，在灌入液氮的情況下應(yīng)該更低；如沒達(dá)到這個范圍，請系值班老師；燈絲處于關(guān)閉狀態(tài)（filament的開關(guān)ON沒亮）檢查聚光鏡光欄是否全打開，物鏡光欄是否全打開，如不是請打開全部光欄。檢查右側(cè)面板，觀察電鏡是否處于MAG1（此燈亮）打開左側(cè)門，將“lens”開關(guān)打到ON的位置（請一定要非常小心，確認(rèn)是lens開關(guān)，不要開錯開關(guān)。即開燈絲，將開關(guān)稍向外拉再抬上即開。）。再次觀察熒屏，電壓是否在120KV，如果不是，嚴(yán)禁進(jìn)行下面操作。將面板左側(cè)開關(guān)HT按下，升高壓，注意觀察左側(cè)面板上顯示的Beam Current值，一般120KV時，電流值應(yīng)該在60－62，如果偏離很多，請系值班老師；（按下HT。確定BEAM CURRENT穩(wěn)定，只需看一下表中數(shù)值是否穩(wěn)定即可。電流是電壓的一半加一或一半加二。）等Beam Current值穩(wěn)定在60－62至少5分鐘時間，用鍵盤開始升壓程序。如果電壓值不能穩(wěn)定，請系值班老師；用鍵盤鍵入P1，使銀屏顯示*頁，然后鍵入RUN，銀屏將問“start HT”，鍵入120，然后按“enter”，銀屏?xí)@示“End HT”，鍵入160，按“enter”鍵，銀屏?xí)@示“？？？”，鍵入10，電鏡隨之會自動開始升壓，此時按下右側(cè)HT wobbler。等這*步升壓完成后，再按HT wobbler停止webbler工作，注意觀察左側(cè)Beam Current值是否穩(wěn)定在80－82，如不穩(wěn)定等10－20分鐘。如穩(wěn)定，重復(fù)剛才的操作，只不過將start HT改為160，end HT改為180，等升壓到180KV時，此時Beam Current應(yīng)在92附近。如穩(wěn)定，繼續(xù)升壓，將start HT改為180，end HT改為200，升壓結(jié)束時，Beam Current應(yīng)該在102。（該步驟為升高壓。120—200Kv，用左邊的鈕設(shè)定。在屏幕上加電壓，打開鍵盤輸入run回車；出現(xiàn)HT start，輸120回車； 出現(xiàn)HT stop，輸160回車。如此三次加高壓到200kv。Total time，輸10min；HT step，輸10。）再次觀察銀屏第三頁，檢察V1－V3是否已經(jīng)正常打開，P1－P5值是否在正常范圍；右下的SIP顯示的真空是否在10-5級，一切正常，按下左側(cè)面板filament的ON鍵，打開燈絲，等燈絲電流穩(wěn)定（約2－4分鐘），后的燈絲電流應(yīng)該在105左右。觀察是否有正常光斑。
樣品制備
一、樣品要求
1．粉末樣品基本要求
（1）單顆粉末尺寸好小于1μm；
（2）無磁性；
（3）以無機(jī)成分為主，否則會造成電鏡嚴(yán)重的污染，高壓跳掉，甚至擊壞高壓槍；
2．塊狀樣品基本要求
（1）需要電解減薄或離子減薄，獲得幾十納米的薄區(qū)才能觀察；
（2）如晶粒尺寸小于1μm，也可用破碎等機(jī)械方法制成粉末來觀察；
（3）無磁性；
（4）塊狀樣品制備復(fù)雜、耗時長、工序多、需要由經(jīng)驗的老師指導(dǎo)或制備；樣品的制備好壞直接影響到后面電鏡的觀察和分析。所以塊狀樣品制備之前，好與TEM的老師進(jìn)行溝通和請教，或交由老師制備。
二、送樣品前的準(zhǔn)備工作
1．目的要明確：（1）做什么內(nèi)容（如確定納米棒的生長方向，特定觀察分析某個晶面的缺陷，相結(jié)構(gòu)分析，主相與第二相的取向關(guān)系，界面晶格匹配等等）；（2）希望能解決什么問題；
2．樣品通過X-Ray粉末衍射（XRD）測試、并確定結(jié)構(gòu)后，再決定是否做HRTEM；這樣即可節(jié)省時間，又能在XRD的基礎(chǔ)上獲得更多的微觀結(jié)構(gòu)信息。
3．做HRTEM前，請帶上XRD數(shù)據(jù)及其他實驗結(jié)果，與HRTEM老師進(jìn)行必要的溝通，以判斷能否達(dá)到目的；同時HRTEM老師還會根據(jù)您的其他實驗數(shù)據(jù)，向您提供好的建議，這樣不但能滿足您的要求，甚至使測試內(nèi)容做得更深，提高論文的檔次。
三、粉末樣品的制備
1．選擇高質(zhì)量的微柵網(wǎng)（直徑3mm），這是關(guān)系到能否拍攝出高質(zhì)量高分辨電鏡照片的*步；（注：高質(zhì)量的微柵網(wǎng)本實驗室還不能制備，是外購的，價格20元/只；普通碳膜銅網(wǎng)免費(fèi)提供使用。）
2．用鑷子小心取出微柵網(wǎng)，將膜面朝上（在燈光下觀察顯示有光澤的面，即膜面），輕輕平放在白色濾紙上；
3．取適量的粉末和乙醇分別加入小燒杯，進(jìn)行超聲振蕩10~30min，過3~5 min后，用玻璃毛細(xì)管吸取粉末和乙醇的均勻混合液，然后滴2~3滴該混合液體到微柵網(wǎng)上（如粉末是黑色，則當(dāng)微柵網(wǎng)周圍的白色濾紙表面變得微黑，此時便適中。滴得太多，則粉末分散不開，不利于觀察，同時粉末掉入電鏡的幾率大增，嚴(yán)重影響電鏡的使用壽命；滴得太少，則對電鏡觀察不利，難以找到實驗所要求粉末顆粒。建議由老師制備或在老師指導(dǎo)下制備。）
4．等15 min以上，以便乙醇盡量揮發(fā)完畢；否則將樣品裝上樣品臺插入電鏡，將影響電鏡的真空。
四、塊狀樣品制備
1．電解減薄方法
用于金屬和合金試樣的制備。（1）塊狀樣切成約0.3mm厚的均勻薄片；（2）用金剛砂紙機(jī)械研磨到約120~150μm厚；（3）拋光研磨到約100μm厚；（4）沖成Ф3mm 的圓片；（5）選擇合適的電解液和雙噴電解儀的工作條件，將Ф3mm 的圓片中心減薄出小孔；（6）迅速取出減薄試樣放入無水乙醇中漂洗干凈。
注意事項：
（1）電解減薄所用的電解液有很強(qiáng)的腐蝕性，需要注意人員安全，及對設(shè)備的清洗；
（2）電解減薄完的試樣需要輕取、輕拿、輕放和輕裝，否則容易破碎，導(dǎo)致前功盡棄；
2. 離子減薄方法
用于陶瓷、半導(dǎo)體、以及多層膜截面等材料試樣的制備。塊狀樣制備（1）塊狀樣切成約0.3mm厚的均勻薄片；（2）均勻薄片用石蠟粘貼于超聲波切割機(jī)樣品座上的載玻片上；（3）用超聲波切割機(jī)沖成Ф3mm 的圓片；（4）用金剛砂紙機(jī)械研磨到約100μm厚；（5）用磨坑儀在圓片中央部位磨成一個凹坑，凹坑深度約50~70μm，凹坑目的主要是為了減少后序離子減薄過程時間，以提高終減薄效率；（6）將潔凈的、已凹坑的Ф3mm 圓片小心放入離子減薄儀中，根據(jù)試樣材料的特性，選擇合適的離子減薄參數(shù)進(jìn)行減??；通常，一般陶瓷樣品離子減薄時間需2~3天；整個過程約5天。
注意事項：
（1）凹坑過程試樣需要精確的對中，先粗磨后細(xì)磨拋光，磨輪負(fù)載要適中，否則試樣易破碎；
（2）凹坑完畢后，對凹坑儀的磨輪和轉(zhuǎn)軸要清洗干凈；
（3）凹坑完畢的試樣需放在丙酮中浸泡、清洗和涼干；
（4）進(jìn)行離子減薄的試樣在裝上樣品臺和從樣品臺取下這二過程，需要非常的小心和細(xì)致的動作，因為此時Ф3mm薄片試樣的中心已非常薄，用力不均或過大，很容易導(dǎo)致試樣破碎。
（5）需要很好的耐心，欲速則不達(dá)。 [6] 
應(yīng)用
透射電子顯微鏡在材料科學(xué) [7]  、生物學(xué)上應(yīng)用較多。由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，樣品的密度、厚度等都會影響到后的成像質(zhì)量，必須制備更薄的超薄切片，通常為50～100nm。所以用透射電子顯微鏡觀察時的樣品需要處理得很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷凍超薄切片法、冷凍蝕刻法、冷凍斷裂法等。對于液體樣品，通常是掛預(yù)處理過的銅網(wǎng)上進(jìn)行觀察。