透射電鏡的成像原理

從聚光鏡來的電子束打到樣品上。與樣品發生相互作用。如果樣品薄到一定程度，電子就可以透過樣品。透過去的電子分成兩類。一類是繼續按照原來的方向前進，能量幾乎沒有改變。我們稱之為直進電子。另一類是方向偏離原來的方向。我們稱之為散射電子。這些電子中有的能量有比較大的改變。我們稱之為非彈性散射電子。有的電子能量幾乎沒有改變。我們稱之為彈性散射電子。所有這些電子通過物鏡后在物鏡的后焦面上會形成一種特殊的圖象。我們稱之為夫瑯禾費衍射花樣。如果被電子束照射的區域是非晶，則花樣的特點是中央亮斑加從中央到外圍越來越暗的光暈。如果被電子束照射的區域是一塊單晶，則花樣的特點是中中央亮斑加周圍其它離散分布、強弱不等的衍射斑。如果被電子束照射的區域包括許多單晶，則花樣的特點是中央亮斑加周圍半徑不等的一圈圈亮環。至于為什么會形成這些花樣。可以從入射電子的散射來解釋。對非晶樣品，從不同原子上散射出的同一方向上的電子波之間沒有固定的相位差，且隨著散射角的增大，散射的電子數量少，能量損失大，它們通過物鏡后，直進的電子形成中央亮斑。散射的電子形成周圍的光暈。越往外，光暈越來越弱。對晶體樣品，由于原子排列的規律性，不同原子的同一方向的散射波之間存在固定的相位差。某些方向上相位差為2π的整數倍。根據波的理論，在這些方向上的散射波會發生加強干涉。我們稱之為衍射。同一方向的衍射波在物鏡后焦面上形成一個亮斑。我們稱之為衍射斑。直進的電子形成中央的透射斑。整個后焦面的圖象稱之為電子衍射花樣。至于哪些方向上會出現衍射波，這可由布拉格公式決定。詳細內容見教材。由于電子衍射花樣與晶體的結構之間存在對應關系，如果我們記錄下衍射花樣，就可以對晶體結構進行分析。這正是透射電子顯微鏡能夠進行晶體結構分析的原因之一。對多晶樣品，每個單晶形成自己的衍射花樣。由于各個單晶的取向不同，每個單晶上相同指數的衍射波出現在以入射電子方向為中心線的圓錐上，它們通過物鏡后形成衍射圈。通過分析這些衍射圈的半徑和亮度，也可以對多晶樣品進行結構分析。把透射電鏡的工作方式切換到衍射模式，則在物鏡后焦面上形成的花樣在熒光屏上可以觀察到，也可以用底片或相機記錄下來。