硕士研究生实验报告

课程名称            《现代测试技术实验》                                         

实验项目      透射电子显微镜观察聚合物的微相分离结构                       

专业班级              2009应用化学                                    

姓    名                    叶青                                   

学    号             ****************                                   

、实验目的

1、熟悉透射电子显微镜的基本结构，理解透射电镜的工作原理及像反差的形成原理。

2、初步掌握聚合物的制样技术和观察记录方法。

、实验原理（摘选）

电子显微镜是以电子束为照明光源的显微镜。由于电子束在外部磁场或电场的作用下可以发生弯曲，形成类似于可见光通过玻璃时的折射现象，所以我们就可以利用这一物理效应制造出电子束的“透镜”，从而开发出电子显微镜。透射电镜(TEM)是以波长极短的电子束作为照明源，用电子透镜对透射电子聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。其特点在于我们是利用透过样品的电子束来成像。由于电子波的波长大大小于可见光的波长(100kV的电子波的波长为0.0037nm，而紫光的波长为400nm)，根据光学理论，我们可以预期电子显微镜的分辨本领应大大优于光学显微镜。事实上，现代电子显微镜的分辨本领已经可达0.1nm。当透射电镜的照明源中插入了样品的膜之后，原来均匀的电子束就变得不均匀了。样品膜中质量厚度大的区域因散射电子多而出现电子数的不足，这样的区域经放大后就成了暗区，而样品膜中质量厚度小的区域因透过电子较多，散射电子较少而成为亮区。通过样品后的这种不均匀的电子束被荧光屏截获后，即成为反映样品信息的透射电镜黑白图像。这就是透射电镜中像反差的形成原理。对于那些质量厚度差别不大的样品，常常需要用电子染色的方法来加强样品本身或样品四周（背景）或样品的某些部分的电子密度，从而使不同区域散射电子的数量差别增大，进而改善图像的明暗差别即增强反差。

透射电子显微镜由三大部分组成：1、电子光学系统（镜体）：照明源（电子聚光镜）、成像系统（样品室、物镜、中间镜、投影镜）、观察与记录系统；2、真空系统（机械泵油扩散泵）；3、电源与控制系统（即电路系统）。电子光学系统通常称镜筒，是透射电子显微镜的核心，它的光路原理与透射光学显微镜十分相似。

TEM成像系统由物镜、中间镜和投影镜与样品室构成。

（1）物镜成一次像。决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距的物镜。放大倍数较高，一般为100～300倍。目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。

（2）中间镜成二次像。弱激磁的长焦距变倍透镜，0～20倍可调。

（3）投影镜短焦距强磁透镜，最后一级放大像，最终显示到荧光屏上，称为三级放大成像。具有很大的场深和焦深。样品在物镜的物平面上，物镜的像平面是中间镜的物平面，中间镜的像平面是投影镜的物平面，荧光屏在投影镜的像平面上。三级成像的总放大倍数为：，其中MO、MI、MF分别是物镜、中间镜和投影的放大倍数。物镜和投影镜的放大倍数固定，通过改变中间镜的放大倍数来调节电镜总放大倍数。放大倍数越大，成像亮度越低，成像亮度与放大倍数的平方成反比。高性能TEM大都采用5级透镜放大，中间镜和投影镜有两级。

三、仪器和试剂

仪器：透射电子显微镜

厂家：日本电子株式会社 型号：JEM-100SX

技术规格和性能：点分辩率：0.5nm；晶体分辩率：0.34nm；加速电压：40、60、80、100KV

应用领域或范围：透射电镜广泛用于生命科学、材料科学等领域。主要用作物质微区形态结构的观察和分析，JEM-100SX尤其适用于高分子材料的表征。

四、实验步骤

1、样品的制备

对于TEM常用的50～200kV电子束，样品厚度控制在100～200nm，样品经铜网承载，装入样品台，放入样品室进行观察。

TEM样品制备方法有很多，常用支持膜法、晶体薄膜法、复型法和超薄切片法4种。粉末试样、胶凝物质、浆体多采用支持膜法。将试样载在支持膜上，再用铜网承载。支持膜的作用是支撑粉末试样，铜网的作用是加强支持膜。支持膜材料必须具备的条件：①无结构，对电子束的吸收不大；②颗粒度小，以提高样品分辨率；③有一定的力学强度和刚度，能承受电子束的照射而不变形、破裂。常用的支持膜材料：火棉胶、碳、氧化铝、聚乙酸甲基乙烯酯等。在火棉胶等塑料支持膜上镀一层碳，提高强度和耐热性，称为加强膜。

支持膜上的粉末试样要求高度分散，可根据不同情况选用分散方法：①悬浮法：超声波分散器将粉末在与其不发生作用的溶液中分散成悬浮液，滴在支持膜上，干后即可。②散布法：直接撒在支持膜表面，叩击去掉多余，剩下的就分散在支持膜上。

下面主要介绍支持膜法中的悬浮法：①试样的稀释或分散：稀释试样是为了使样品颗粒尽量分散开来。水溶性试样：此类试样用蒸馏水稀释。用玻棒蘸取试样少许入装有蒸馏水的青霉素小瓶中，充分摇匀，如果觉得稀释不够，可倾去部分稀释液后再行稀释，甚至满意为止。对于很难分散的试样，可在蒸馏水中加入少量乳化剂等促进分散，亦可将小瓶放入超声波分散器中振荡片刻，一定要注意振荡时间不可过长，长时间的超声振荡不但不会促进分散，有时会造成样品颗粒凝集。②试样的装载：对于粒径较大或粒径虽不大，但其组成中含有较重元素的试样，可不经电子染色，直接沾样即可，具体操作如下：用镊子轻轻夹住复膜铜网的边缘，膜面朝下沾取已分散完好的试样稀释液，小心将铜网放在一个已作了记号的小滤纸片上，待网上液滴充分干燥后，即可上镜观察。

2、仪器调试：开启JEM-100SX透射电镜，至真空抽好。调试仪器，经合轴，消象散以后，即可送样观察。

3、观察记录：将欲观察的铜网膜面朝上放入样品架中，送入镜筒观察。先在低倍下观察样品的整体情况，然后选择好的区域放大。变换放大倍数后，要重新聚焦。将有价值的信息以拍照的方式记录下来，并在记录本上记录观察要点和拍照结果。将样品更换杆送入镜筒，撤出样品，换另一样品的观察。

4、暗室处理：根据所用胶片的特性配制相应的暗室试剂，在暗室内红光条件下冲洗胶片。在红光条件下将负片印或放大成正片。

5、图片解析：根据制样条件，观察结果及样品的特性等综合分析，对图片进行合理的解析。

五、实验结果及数据处理

六、思考题

1、简述像反差形成的原理。

答：当透射电镜的照明源中插入了样品的膜之后，原来均匀的电子束就变得不均匀了。样品膜中质量厚度大的区域因散射电子多而出现电子数的不足，这样的区域经放大后就变成了暗区，而样品膜中质量厚度小的区域因透过电子较多，散射电子较少而成为亮区。通过样品后的这种不均匀的电子束被荧光屏截获后，即成为反映样品信息的透射电镜图像。

2、电子染色的意义何在？

答：对于粒径很小且轻元素组成的试样，试样不同区域散射电子数量差别不大，在用质厚衬度成象时图象的反差很弱。采用电子染色的方法可以帮助增大试样不同区域散射电子数量的差别，从而增强图像的反差，使观察者用肉眼也可以清晰分辨。

3、常见的电子染色法有哪几种，各适于哪些情况。

答：常用的电子染色方法有以下两种。

（1）混合染色法

此法适合可以用水分散的试样。因为绝大多数的电子染料都是能溶入水的盐类，试样与电子染料同以水为介质，很容易混合。

具体操作如下：取稀释完好的试样液2ml，往稀释液中滴加染液1-3滴，迅速混合均匀，立即沾样或经2-5分钟后沾样，充分干燥后，即可上镜观察。

（2）漂浮染色法

溶剂型试样和其它不适合用混合染色法的试样，可用漂浮染色法。

具体操作如下：用复膜铜网沾上试样稀释液，待网上液滴将干未干时，将复膜铜网膜面朝下漂浮于染液液滴上（所用染液浓度小于0.5%为好）。一段时间（2-10分钟）后，镊起铜网，用滤纸吸去多余染液，待网上液体充分干燥后，即可上镜观察。