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透射電子顯微鏡的成像原理可分為三種情況:
吸收像:當電子射到質量、密度大的樣品時,主要的成相作用是散射作用。樣品上質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于樣品中晶體各部分不同的衍射能力,當出現晶體缺陷時,缺陷部分的衍射能力與完整區域不同,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:當樣品薄至100?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。
要獲得一張清晰的電鏡照片,必須要能夠做好基本的電鏡操作、以及針對各種樣品做出工作條件的優化。
基本操作包括熟練的調節對焦和消像散。對焦相對容易,改變焦距,直至圖像清楚的時刻即為合焦。在偏離焦距較多的時候可以用較高的靈敏度,在合焦點附近調低靈敏度,以便進行對焦。
基本操作中消像散相對來說比較麻煩,特別是像散很大時,對于很多初學者來說調節比較困難。不過前面已經介紹了像散的產生,電子束由于不再是圓形,所以在像散未消除的情況下,圖像是不清晰的。不過其中有兩個特殊的位置,即光學中的子午和弧矢,在這兩個位置上束斑完全成正交的直線。而明晰圓一般在弧矢和子午的中間。