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材料现代测试方法电子光学基础

根据阿贝公式,提高显微镜的
分辨率的可能途径有:
(1)提高介质折射率n;
(2)增大透镜的孔径半角α;
(3)采用波长较短的射线作光源
但是,介质折射率和透镜孔径半角都不可能有大的提高。因此要提高显微镜的分辨率唯一有效的途径是采用波长比可见光更短的射线作光源。
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德布罗意的波粒二象性的假说
随着人们对微观粒子运动的深入认识,用于显微镜的一种新的照明源—电子束被发现了。
1924年,德布罗意(DeBroglie)在光有波粒二象性的启发下,提出了运动着的微观粒子(如电子、中子、离子等)都具有波粒二象性的假说:任何运动着的微观粒子都伴随有一个波。这个波的波长λ和粒子的质量m,运动速度v之间有一简单的关系:
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德布罗意的假说给人们开发利用电子光源提供了重要依据。不过,要把电子束用作显微镜的光源还需要解决电子束的聚焦、放大、成像等问题。
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影响电子波长的主要因素
根据德布罗意公式,电子的波长λ与电子的质量m和运动速度v有如下关系:
(1)
一个电子在电位差为V的真空中加速所获得的能量为eV,这个能量是全部转化为动能的。根据能量守恒定律,有:
(2)
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由(2)式可得:
将(3)式代入(1)式,可得:
(3)
(4)
当加速电压较低时,电子的运动速度较小,其质量与静止质量m0近乎相等,m≈m0,将h=×10-34JS,e=×10-19C,m0=×10-31kg代入(4)式,可求得
(5)
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从(5)式可见,影响电子波长的主要因素是加速电压,加速电压赿高,电子的波长赿短。因此,可以通过改变加速电压的方式来改变电子的波长,调节电子显微镜的分辨率。
在电子显微镜中,加速电压一般均较高(在几十千伏以上),电子运动的速度较大,电子的质量也随之增大,因此需要根据相对论进行校正。校正后的电子波长为
(6)
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式中的C为光速,C=×108ms-1。将h、e、m0、C代入(6)式,可求得:
(7)
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不同加速电压下的电子波长
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光学显微镜是利用玻璃透镜使可见光聚焦、成像的,那么,电子显微镜是如何使电子聚焦、成像的呢?
在电子显微镜中,使电子聚焦成像的装置称为电子透镜。常见的电子显微镜中一般是采用磁场来使电子波聚焦成像,相应的装置称为电磁透镜。
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