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原位透射電鏡:當(dāng)動(dòng)態(tài)觀察遇上高分辨率
來源: 時(shí)間:2024-03-08 11:24:06 瀏覽:3746次

原位透射電鏡:當(dāng)動(dòng)態(tài)觀察遇上高分辨率

 

原位透射電鏡(In-situ Transmission Electron Microscopy,簡(jiǎn)稱TEM)是一種結(jié)合了高分辨率成像動(dòng)態(tài)觀察功能的先進(jìn)顯微技術(shù);它能夠在不斷改變樣品條件下,實(shí)時(shí)觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能變化,為材料科學(xué)研究提供了強(qiáng)大的工具。

一、原理

原位透射電鏡是基于傳統(tǒng)透射電鏡Transmission Electron Microscope,簡(jiǎn)稱TEM)的原理,通過在樣品和電子源之間引入一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的高分辨率成像和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察。

原位透射電鏡主要包括以下幾個(gè)部分:

1. 電子源:產(chǎn)生高能電子束,用于照射樣品。

2. 樣品:位于電子束 path 上,可以是各種固體材料,如晶體、薄膜、納米結(jié)構(gòu)等。

3. 電磁透鏡:對(duì)電子束進(jìn)行聚焦和放大,形成高分辨率成像。

4. 動(dòng)態(tài)調(diào)控系統(tǒng):用于實(shí)時(shí)改變樣品條件,如溫度、壓力、應(yīng)變等。

5. 信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng):收集樣品產(chǎn)生的信號(hào),如電子衍射、透射信號(hào)等,并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖像重建。

二、優(yōu)勢(shì)

1. 高分辨率成像:原位透射電鏡具有極高的空間分辨率,可以觀察到樣品納米級(jí)別的細(xì)節(jié),揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)。

2. 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察:通過動(dòng)態(tài)調(diào)控系統(tǒng),可以實(shí)時(shí)改變樣品條件,觀察材料在不同環(huán)境下的性能變化,為研究材料力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等性能提供有力支持。

3. 廣泛應(yīng)用領(lǐng)域:原位透射電鏡適用于各種固體材料的研究,如晶體、薄膜、納米結(jié)構(gòu)、生物樣品等。

4. 無需破壞樣品:與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法相比,原位透射電鏡可以在不斷改變樣品條件下進(jìn)行觀察,無需破壞樣品,避免了樣品制備的復(fù)雜過程。

5. 結(jié)合其他技術(shù):原位透射電鏡可以與其他技術(shù)(如電子能量損失譜、原子力顯微鏡等)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的多角度分析。

三、應(yīng)用實(shí)例

1. 材料力學(xué)研究:通過原位透射電鏡,可以實(shí)時(shí)觀察材料在力學(xué)作用下的微觀結(jié)構(gòu)變化,如塑性變形、裂紋擴(kuò)展等。

2. 材料疲勞研究:原位透射電鏡可以用于觀察材料在循環(huán)載荷作用下的微觀損傷演化過程,為疲勞壽命預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

3. 材料相變研究:通過原位透射電鏡,可以實(shí)時(shí)觀察材料在溫度、壓力等條件變化下的相變過程,揭示相變機(jī)理。

4. 納米器件制造與測(cè)試:原位透射電鏡可以用于觀察納米器件的制造過程,如薄膜沉積、納米線生長(zhǎng)等,并對(duì)其性能進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試。

5. 生物樣品研究:原位透射電鏡可以用于觀察生物樣品在生理?xiàng)l件下的微觀結(jié)構(gòu)變化,如細(xì)胞膜動(dòng)態(tài)過程、病毒感染等。

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