电子显微分析技术及其在材料科学中的应用材料科学的发展需要有现代分析方法作为基础和支撑
确定材料的成分和体系 (金属、陶瓷、高分子、复合材料；
结构、功能材料 )后,再结合制造加工工艺的优化，改变和控制晶体结构及显微组织，这样，才能使材料的使用性能提高到一个新的水平。
现代工艺设备及技术的发展支持了制造工艺的发展和进步。
现代分析技术及仪器设备的发展支持了对晶体结构和显微组织研究的深化。
现代测试方法及仪器设备的发展支持了对材料性能（自身具备的）和使用性能（自身具备的性能和环境条件结合后表现的性能）的测试研究。
材料科学与工程的研究内容以及相互间的关系材料成分（体系）
现代制造工艺设备的发展显微结构制造工艺 现代分析仪 器的发展使用性能
（与环境有关）
现代测试仪器的发展性能
（自身具备）
电子显微镜的发展
1924年德布罗意提出微观粒子的波粒两重性原理，并计算出电子的波长比可见光的短得多。
1926年 Busch建立了几何电子光学理论。
1934年 Knoll和 Ruska发明了电子显微镜。 52年后的
1986年与 1981年发明的扫描隧道显微镜共同获得了诺贝尔奖。
1939年西门子推出了世界上第一台商品电子显微镜，
1949年推出第二种型号。
1965年第一批商品化的扫描电子显微镜在英国问世。
我国情况,1958年生产了第一台透射电子显微镜，
1975年生产了第一台扫描电子显微镜。
光的反射、折射和全反射
反射：入射角等于反射角 i = i”
折射：当光线由折射率比较小的介质（如空气）进入折射率比较大的介质（如玻璃）时，折射光线靠近法线；反之，折射光线将偏离法线。 n sin i = n’sin i’,n、
n’分别为介质 1和 2的折射率。
全反射：当光线由折射率大的介质向折射率小的介质入射时，随着入射角的增大折射角将增加得更大。这时反射光增强，折射光减弱。当入射角大于临界角 ic
时，只有反射光而没有折射光，称为全反射。
薄透镜的成像
透镜可以使光线会聚或发散，使物象放大或缩小。
在透镜的光轴上总可以找到一点 F，如果把点光源放在在该点上，则通过透镜后的光线会成为平行光,F点称为透镜的物方焦点,F点到透镜光心的距离称为物方焦距。如果入射光为平行光，通过透镜后会被会聚在 F’
点上，称为象方焦点，同样也有象方焦距。
正透镜：物在两倍焦聚之外，得到缩小倒立的实象。物在焦聚之内，得到放大正立的虚象。
负透镜：物在透镜前任何位置，得到缩小正立的虚象。
光学显微镜的光学系统
透镜 1,2构成物镜，透镜 3,4构成目镜。从 A— B物体上反射的光线通过物镜，在透镜内折射后落到目镜的透镜 3上，并在透镜 3的后面形成一倒立的放大实像
B’— A’，在这个地方放置一个目镜光阑，限制边缘部分的光线。通过放大镜 4观察物像
B’— A’，构成一倒立放大的虚像 B”— A”。
电子的波长与加速电压的关系
电子的波长,λ? h / mv-----------------(1)
h— 普朗克常数 ; m— 电子质量 ; v— 电子速度,
动能等于位能,电子的速度与加速静电位? 有一定的关系,1/2 mv2?e?---------------(2)
v2e? / m---------------(3) 代入 (1) 得
λ?h /?2e? m150/? (?)---(4)
若100kV,λ?0.04?
光学玻璃透镜最大孔径半角为 70—— 75o,分辨率可以达到照明光波长的 1/2。 但是电子显微镜的孔径半角很小,大约在 10-2—— 10-3弧度左右 。 所以电子显微镜的分辨率约为 2?水平,比光学显微镜高 1000倍左右 。
电子在均匀磁场中的运动轨迹
1 电子的初速 υ 0与磁场强度 H垂直时,受到的 Lorentz
力 F=eυ 0 H,半径 R=(mυ 0 )/ (eH)
2 电子的初速 υ 0与磁场强度 H斜交成 α 角，电子的运动轨迹最终是一条螺旋线。
υ z=υ 0 cosα,υ ⊥ =υ 0 sinα,
R=(m υ 0 sinα )/eH,h=(2π mυ 0 cosα )/eH
3 实际情况是利用靠近轴旁的那部分电子来成象,α 角非常小（ 10-2 ∽ 10-3弧度）,从 P出发的电子，都将会聚在 P’处。
电子显微分析仪器工作的基本原理
电子在磁场中运动时受到劳伦兹力的作用会发生偏转。
只要设计出合理的磁场强度和分布 —— 磁透镜，电子通过该磁透镜就会发生聚焦。因此，磁透镜对电子束来说，也具有像玻璃透镜对可见光一样的参量 —— 焦点、焦距、焦面。
具有一定能量的离子、电子和光子束与物质相互作用时，可产生各种不同的信息，收集分析这些信息，就可以了解被作用物质的特性。如果能将这种“三子”
聚焦成微细束斑，则可进 行物质的微区分析工作。
高能粒子与物质相互作用及其产生的各种信息
粒子在固体内的散射：弹性和非弹性散射。
原子的激发及去激发过程。
能量为 E1的电子束入射后与原子碰撞产生各种电子信息的能量分布。
收集和分析各种信息，究竟能表征物质的何种特性？
粒子在固体内的散射
弹性散射：总动能在散射前后守恆，如同原子核的碰撞，
但不包括高能状况下产生的核反应。
非弹性散射：总动能中有一部分转化为其他形式的能量。
如激发物质中的电子、离子、光子的发射。这样测量这些能量的参数，就可以知道被碰撞物质中原子的种类、能量等信息。
原子的激发及去激发过程
原子的激发 及去激发过程 —— 光子,X射线及俄歇电子的发生。
由于这种原子去激发过程时释放的能量与原子的电子壳层结构有关，因此，收集分析这些去激发过程时释放的光子,X射线及俄歇电子的能量，就可以了解原子的种类。
能量为 E1的电子束入射后与原子碰撞产生各种电子信息的能量分布
可分三个区：
1 靠近 0eV区，有一个约为 10eV宽的峰，是由激发电子再次激发别的电子产生大量的二次电子，平均能量较低，只能从靠近表面的原子层中出射，所以可作形貌观察。
2 与入射 电子能量接近的 E1弹性散射 电子。由于电子的入射 深度以及原子的电子壳层中电子激发程度都与原子种类（原子序数大小）有关，所以也可作为原子种类的粗略区分。
3 在两个峰间的非弹性散射电子较弱，但有许多小峰，可分两类：
一类小峰的能量与入射 电子的能量无关，这是俄歇电子；另一类与 E1能量有关，以 E1能量为基础并相差 △ E 的各种不连续能量损失峰。包括以下三种,1，激发晶格振动或吸附分子振动能的跃迁，
损失能量在几十至几百 meV 范围。 2，激发价电子 跃迁，能量损失值在 1-10eV 左右。 3，激发蕊能级电子跃迁，能量损失在 102— 103eV 左右量级。
二次电子能谱分布透射电子显微镜
电镜的光路图总放大倍数 MT=M0*MI1* MI2*MP
M0=50 MI1=3 MI2=15 MP=220
则 MT≈500,000
改变放大倍数时，通常是改变中间镜的强度，
变弱时，中间镜的物平面向物镜移动，因为投影镜的强度固定不变，
则中间镜的象平面必须不变，这样，要靠调节物镜来聚焦。
0 1
球差
A— 物平面
N— 高斯平面（通过旁轴电子形成的象点,与轴线垂直作一平面）
M— 最小糢糊圆
α 0— 孔径角（发射电子相对于中心束的最大夹角，电镜中一般为
10-2— 10-3弧度）
非旁轴电子对旁轴电子来说，增加了附加偏转会聚能力，在更靠近物的地方聚焦。球差不能完全消除，减小 α 0可减少 球差，因此需要采用增加光阑的办法。
色差
焦距和象转角均随电子速度 变化 而不同。
中心色差 f (焦距 )∝ V/（ NI） 2
加速电压（ V）和透镜电流（ I）分别变化△ V和△ I时,f变化为
△ f.
旋转色差象转角随加速电压和电流的波动而变化，造成象点被拉长，离轴愈远，象点就被拉得越长。
象散
磁透镜的非轴对称会引起象散，但可以采用添加消象散装置及进行消象散操作进行补偿。
衬度的形成
衬度,图象各个部分光强度的差别。
样品各个部分对电子不同散射 的特性构成了象的衬度差别。散射特性与 Z,A,t,P,V 等有关，电子受重原子（ Z大）弹性散射的可能性大，快速电子受弹性散射的可能性小，质量厚度大,则弹性散射的可能性大。
电子通过（入射 ）样品原子的静电场时，两者作用的结果可表现为运动方向和能量的改变，当电子的路径到原子核之间的径向距离很小时，电子主要受原子核场的作用，由于原子核的质量比电子的大得多，所以电子运动的方向将有较大的改变，能量转移很小，产生弹性 散射。 θ =0.01-0.1弧度。
当电子路径与 原子核之间距离较大时，入射电子受到的主要是原子中电子的厍伦场作用。作用结果使入射电子的散射角较小而能量损失的几率较大，产生非弹性散射 。 θ ≦10 -4弧度。
根据衬度形成的原因，可分为 振幅（质量）衬度、衍射衬度和相位衬度。
振幅衬度和衍射衬度
样品中质量厚度大的部分被挡掉的弹性散射电子数多，在象中相应的部分就成为较暗的地区，形成振幅衬度。
晶体中的原子作周期排列，入射电子与它们相碰撞时会在某些特定方向产生很强的散射波，这就是通常所说的 Bragg衍射。
2dsinθ =nλ,这样，用透射电子束成象时,取向不同的晶粒就可以得到不同的衬度,反应出它们不同的取向,形成衍射衬度 。
衍衬象 中心暗场衍衬象相位衬度
从电子波动性来看，入射 电子中的透射波与散射波之间有相位差
（特薄的样品除外）。样品各部分散射波的强弱不同，透射波与散射 波合成成象时就会出现明暗的差别，称为相位衬度。
当试样很薄时，可以忽略电子的非弹性散射影响，电子在逸出样品下表面时，振幅几乎没有变化，可以认为只有相位变化。但是从荧光屏上观察不到电子波的相位变化，而只有将相位的不同转化为振幅的不同后才能从荧光屏上观察到。 A为透射波,C为散射波，
A+C的合成波为 B波。当 A与 C波重新在相面上组合，若物镜为完整透镜、正聚焦以及无光阑的情况下，此时象面与物面为严格的共轭面，成为一片亮的象而无细节，不能反映相位衬度。
如果物镜为一完整透镜无球差，失焦量取 △ f，衍射束与透射束之间的夹角为?，由图中可看出二波之间的光程差为：
= △ f(1+?2/2)— △ f=△ f?2/2 将 Bragg衍射公式?~?/d代入得? =△ f （?2/2d2） 相应的相位差是：
△ f =2 /?= 2? /? [△ f（?2/2d2） ] =? △ f（?/d2） = △ f?2（?/?）
原来与 A波相差 90o相位的 C波,由于 失焦后 又移动了相位 90o,这时 C波与 A波同相位，合成振幅应为 /A/+/C/，因此在这个平面上每隔间距 d（黑点所示）就会出现亮点，相位衬度被显示出来。当
△ f 为正,n =1时，合成振幅为 /A/+/C/，出现正反差；当 n =3时，
合成振幅为 /A/— /C/，出现负反差，所以相位衬度只有在一定的失焦量下才能被显示出来。
在实际情况下,完整的、无球差的物镜是没有的，所以还要考虑物镜球差对电子波相位的影响。
如果所有的衍射光束参与成象，象就能不失真的反映出物的细节，
但实际上是不可能的，因为必须考虑物镜球差的影响，需要选用适当大小的光阑。
Fresnel（费涅尔） 条纹
电子光源的直接波和来自微孔边缘的散射波发生干涉而呈现的明暗条纹图。常用微栅孔的 Fresnel 条纹的对称性来判别物镜象散和进行消象散操作。
两束电子之间的光程差为,（ Z/cos?— Z），如满足 n? =(Z/cos?— Z），则相互干涉后会行成一系列的强度条纹（ Fresnel条纹）。是 电子束通过薄膜后产生的相位差。
衍衬运动学和衍衬动力学理论
运动学理论是讨论晶体激发产生衍射波强度的简单方法，不考虑入射波和衍射波之间的动力学相互作用。
假设,
1，入射电子波在样品内只受到不多于一次的散射；
2，入射电子波在样品传播的过程中，强度的衰减可以忽略，衍射波的强度与入射波的相比始终是很小的。
这对于足够薄的样品，或者让衍射晶面足够偏离 Bragg
衍射的位置时是近似的。
动力学理论是考虑了透射波与衍射波之间的相互作用的理论。可以示意地表示为：
当波矢量为 k 的入射波到达样品表面时，受到晶体内原子的相干散射，产生波矢量为 k’的衍射波。由于参与散射的原子数量有限，
这时的衍射强度很小。随着电子波在晶体深度方向的传播，透射波的强度不断减弱，若忽略非弹性散射引起的吸收效应，则衍射波的强度不断增强。当电子波在晶体内传播到一定深度时（如 A
位置），由于足够多的原子参与了散射，使透射波的振幅 Φ0下降为零，衍射波方向的振幅 Φg上升为最大，
它们的强度 I0=Φ02
和 Ig=Φg2 也相应地发生了变化。
位错线的衬度
（ hkl)是由于位错线 D引起局部畸变的一组晶面，若该晶与 Bragg
条件的偏离参量为 s0,并设 s0 > 0，则在远离位错的区域（如 A和 C
位置）衍射波的强度为 I。位错引起它附近晶面的局部转动，在应变场范围内,(hkl)晶面存在额外的附加偏差 s’。离位错愈远,ls’l值小,在位错的右边 s’ >0，在其左边 s’ <0。在右边区域内（如 B)，
总偏差 s0+s’ >s0，衍射强度 IB <I；而在左边,s’与 s0的符号相反，
总偏差 s0+s’ <s0，在某个位置（如 D’）时恰使 s0+s’=0，衍射强度
ID’=Imax。这样，在偏离位错线的左侧，
产生位错线的象，暗场中为亮线，明场中为暗线。
消光条纹
倾动样品，消光条纹的位置将跟着变动，在荧光屏上扫动。有时在移动样品后，当电子束入射引起样品加热而发生翘曲变形时也有同样现象。
第二相粒子的衬度
一般来说，可以通过两种方式引起第二相的衬度。
1，穿过粒子晶体的衍射波，其振幅和位相发生了变化。
2，粒子的存在引起周围点阵发生局部畸变，类似于位错的衬度。
金属薄膜的透射电镜衍衬象的解释 (示意图 )
a，铜合金轻微变形后位错在初滑移和交滑移面上的分布
b，铜合金轻微变形后位错在孪晶界的排列
c，铜合金轻微变形后的层错
a b
c
Al变形后形成的胞状结构 锆合金氧化膜的高分辨象锆合金 Al-Cu合金
Fe-Si合金变形退火后的回复 Cu变形退火后的再结晶
Moire图型
当两层晶面间距不同或倾斜角度不同的薄晶体叠放时，
会形成 moire图（水纹象）。
(a)平行 moire图； (b)旋转 moire图。
TEM样品的制备
样品的厚度需要 <100nm（原子序数低的样品可以稍厚一些）才适用于 TEM 观察。
减薄方法：电解抛光、离子减薄、化学减薄。
注意问题：
1 只在穿孔周围是薄区，所以孔越小越好。
2 表面污染会影响观察,电解抛光 和 化学减薄后要迅速转移至清洗液中。低温抛光的效果更好。
3 多相组织减薄时的问题 —— 各相间的减薄速率不同。
4 离子减薄时的问题：加速离子轰击样品造成损伤、温升,倾斜角度影响减薄速率,也影响薄区的大小。
对象：金属样品、陶瓷样品、粉末样品。
离子溅射减薄
电解抛光减薄萃取复型的制备及钢中析出的
Mo2C和 NbC
确定材料的成分和体系 (金属、陶瓷、高分子、复合材料；
结构、功能材料 )后,再结合制造加工工艺的优化，改变和控制晶体结构及显微组织，这样，才能使材料的使用性能提高到一个新的水平。
现代工艺设备及技术的发展支持了制造工艺的发展和进步。
现代分析技术及仪器设备的发展支持了对晶体结构和显微组织研究的深化。
现代测试方法及仪器设备的发展支持了对材料性能（自身具备的）和使用性能（自身具备的性能和环境条件结合后表现的性能）的测试研究。
材料科学与工程的研究内容以及相互间的关系材料成分（体系）
现代制造工艺设备的发展显微结构制造工艺 现代分析仪 器的发展使用性能
（与环境有关）
现代测试仪器的发展性能
（自身具备）
电子显微镜的发展
1924年德布罗意提出微观粒子的波粒两重性原理，并计算出电子的波长比可见光的短得多。
1926年 Busch建立了几何电子光学理论。
1934年 Knoll和 Ruska发明了电子显微镜。 52年后的
1986年与 1981年发明的扫描隧道显微镜共同获得了诺贝尔奖。
1939年西门子推出了世界上第一台商品电子显微镜，
1949年推出第二种型号。
1965年第一批商品化的扫描电子显微镜在英国问世。
我国情况,1958年生产了第一台透射电子显微镜，
1975年生产了第一台扫描电子显微镜。
光的反射、折射和全反射
反射：入射角等于反射角 i = i”
折射：当光线由折射率比较小的介质（如空气）进入折射率比较大的介质（如玻璃）时，折射光线靠近法线；反之，折射光线将偏离法线。 n sin i = n’sin i’,n、
n’分别为介质 1和 2的折射率。
全反射：当光线由折射率大的介质向折射率小的介质入射时，随着入射角的增大折射角将增加得更大。这时反射光增强，折射光减弱。当入射角大于临界角 ic
时，只有反射光而没有折射光，称为全反射。
薄透镜的成像
透镜可以使光线会聚或发散，使物象放大或缩小。
在透镜的光轴上总可以找到一点 F，如果把点光源放在在该点上，则通过透镜后的光线会成为平行光,F点称为透镜的物方焦点,F点到透镜光心的距离称为物方焦距。如果入射光为平行光，通过透镜后会被会聚在 F’
点上，称为象方焦点，同样也有象方焦距。
正透镜：物在两倍焦聚之外，得到缩小倒立的实象。物在焦聚之内，得到放大正立的虚象。
负透镜：物在透镜前任何位置，得到缩小正立的虚象。
光学显微镜的光学系统
透镜 1,2构成物镜，透镜 3,4构成目镜。从 A— B物体上反射的光线通过物镜，在透镜内折射后落到目镜的透镜 3上，并在透镜 3的后面形成一倒立的放大实像
B’— A’，在这个地方放置一个目镜光阑，限制边缘部分的光线。通过放大镜 4观察物像
B’— A’，构成一倒立放大的虚像 B”— A”。
电子的波长与加速电压的关系
电子的波长,λ? h / mv-----------------(1)
h— 普朗克常数 ; m— 电子质量 ; v— 电子速度,
动能等于位能,电子的速度与加速静电位? 有一定的关系,1/2 mv2?e?---------------(2)
v2e? / m---------------(3) 代入 (1) 得
λ?h /?2e? m150/? (?)---(4)
若100kV,λ?0.04?
光学玻璃透镜最大孔径半角为 70—— 75o,分辨率可以达到照明光波长的 1/2。 但是电子显微镜的孔径半角很小,大约在 10-2—— 10-3弧度左右 。 所以电子显微镜的分辨率约为 2?水平,比光学显微镜高 1000倍左右 。
电子在均匀磁场中的运动轨迹
1 电子的初速 υ 0与磁场强度 H垂直时,受到的 Lorentz
力 F=eυ 0 H,半径 R=(mυ 0 )/ (eH)
2 电子的初速 υ 0与磁场强度 H斜交成 α 角，电子的运动轨迹最终是一条螺旋线。
υ z=υ 0 cosα,υ ⊥ =υ 0 sinα,
R=(m υ 0 sinα )/eH,h=(2π mυ 0 cosα )/eH
3 实际情况是利用靠近轴旁的那部分电子来成象,α 角非常小（ 10-2 ∽ 10-3弧度）,从 P出发的电子，都将会聚在 P’处。
电子显微分析仪器工作的基本原理
电子在磁场中运动时受到劳伦兹力的作用会发生偏转。
只要设计出合理的磁场强度和分布 —— 磁透镜，电子通过该磁透镜就会发生聚焦。因此，磁透镜对电子束来说，也具有像玻璃透镜对可见光一样的参量 —— 焦点、焦距、焦面。
具有一定能量的离子、电子和光子束与物质相互作用时，可产生各种不同的信息，收集分析这些信息，就可以了解被作用物质的特性。如果能将这种“三子”
聚焦成微细束斑，则可进 行物质的微区分析工作。
高能粒子与物质相互作用及其产生的各种信息
粒子在固体内的散射：弹性和非弹性散射。
原子的激发及去激发过程。
能量为 E1的电子束入射后与原子碰撞产生各种电子信息的能量分布。
收集和分析各种信息，究竟能表征物质的何种特性？
粒子在固体内的散射
弹性散射：总动能在散射前后守恆，如同原子核的碰撞，
但不包括高能状况下产生的核反应。
非弹性散射：总动能中有一部分转化为其他形式的能量。
如激发物质中的电子、离子、光子的发射。这样测量这些能量的参数，就可以知道被碰撞物质中原子的种类、能量等信息。
原子的激发及去激发过程
原子的激发 及去激发过程 —— 光子,X射线及俄歇电子的发生。
由于这种原子去激发过程时释放的能量与原子的电子壳层结构有关，因此，收集分析这些去激发过程时释放的光子,X射线及俄歇电子的能量，就可以了解原子的种类。
能量为 E1的电子束入射后与原子碰撞产生各种电子信息的能量分布
可分三个区：
1 靠近 0eV区，有一个约为 10eV宽的峰，是由激发电子再次激发别的电子产生大量的二次电子，平均能量较低，只能从靠近表面的原子层中出射，所以可作形貌观察。
2 与入射 电子能量接近的 E1弹性散射 电子。由于电子的入射 深度以及原子的电子壳层中电子激发程度都与原子种类（原子序数大小）有关，所以也可作为原子种类的粗略区分。
3 在两个峰间的非弹性散射电子较弱，但有许多小峰，可分两类：
一类小峰的能量与入射 电子的能量无关，这是俄歇电子；另一类与 E1能量有关，以 E1能量为基础并相差 △ E 的各种不连续能量损失峰。包括以下三种,1，激发晶格振动或吸附分子振动能的跃迁，
损失能量在几十至几百 meV 范围。 2，激发价电子 跃迁，能量损失值在 1-10eV 左右。 3，激发蕊能级电子跃迁，能量损失在 102— 103eV 左右量级。
二次电子能谱分布透射电子显微镜
电镜的光路图总放大倍数 MT=M0*MI1* MI2*MP
M0=50 MI1=3 MI2=15 MP=220
则 MT≈500,000
改变放大倍数时，通常是改变中间镜的强度，
变弱时，中间镜的物平面向物镜移动，因为投影镜的强度固定不变，
则中间镜的象平面必须不变，这样，要靠调节物镜来聚焦。
0 1
球差
A— 物平面
N— 高斯平面（通过旁轴电子形成的象点,与轴线垂直作一平面）
M— 最小糢糊圆
α 0— 孔径角（发射电子相对于中心束的最大夹角，电镜中一般为
10-2— 10-3弧度）
非旁轴电子对旁轴电子来说，增加了附加偏转会聚能力，在更靠近物的地方聚焦。球差不能完全消除，减小 α 0可减少 球差，因此需要采用增加光阑的办法。
色差
焦距和象转角均随电子速度 变化 而不同。
中心色差 f (焦距 )∝ V/（ NI） 2
加速电压（ V）和透镜电流（ I）分别变化△ V和△ I时,f变化为
△ f.
旋转色差象转角随加速电压和电流的波动而变化，造成象点被拉长，离轴愈远，象点就被拉得越长。
象散
磁透镜的非轴对称会引起象散，但可以采用添加消象散装置及进行消象散操作进行补偿。
衬度的形成
衬度,图象各个部分光强度的差别。
样品各个部分对电子不同散射 的特性构成了象的衬度差别。散射特性与 Z,A,t,P,V 等有关，电子受重原子（ Z大）弹性散射的可能性大，快速电子受弹性散射的可能性小，质量厚度大,则弹性散射的可能性大。
电子通过（入射 ）样品原子的静电场时，两者作用的结果可表现为运动方向和能量的改变，当电子的路径到原子核之间的径向距离很小时，电子主要受原子核场的作用，由于原子核的质量比电子的大得多，所以电子运动的方向将有较大的改变，能量转移很小，产生弹性 散射。 θ =0.01-0.1弧度。
当电子路径与 原子核之间距离较大时，入射电子受到的主要是原子中电子的厍伦场作用。作用结果使入射电子的散射角较小而能量损失的几率较大，产生非弹性散射 。 θ ≦10 -4弧度。
根据衬度形成的原因，可分为 振幅（质量）衬度、衍射衬度和相位衬度。
振幅衬度和衍射衬度
样品中质量厚度大的部分被挡掉的弹性散射电子数多，在象中相应的部分就成为较暗的地区，形成振幅衬度。
晶体中的原子作周期排列，入射电子与它们相碰撞时会在某些特定方向产生很强的散射波，这就是通常所说的 Bragg衍射。
2dsinθ =nλ,这样，用透射电子束成象时,取向不同的晶粒就可以得到不同的衬度,反应出它们不同的取向,形成衍射衬度 。
衍衬象 中心暗场衍衬象相位衬度
从电子波动性来看，入射 电子中的透射波与散射波之间有相位差
（特薄的样品除外）。样品各部分散射波的强弱不同，透射波与散射 波合成成象时就会出现明暗的差别，称为相位衬度。
当试样很薄时，可以忽略电子的非弹性散射影响，电子在逸出样品下表面时，振幅几乎没有变化，可以认为只有相位变化。但是从荧光屏上观察不到电子波的相位变化，而只有将相位的不同转化为振幅的不同后才能从荧光屏上观察到。 A为透射波,C为散射波，
A+C的合成波为 B波。当 A与 C波重新在相面上组合，若物镜为完整透镜、正聚焦以及无光阑的情况下，此时象面与物面为严格的共轭面，成为一片亮的象而无细节，不能反映相位衬度。
如果物镜为一完整透镜无球差，失焦量取 △ f，衍射束与透射束之间的夹角为?，由图中可看出二波之间的光程差为：
= △ f(1+?2/2)— △ f=△ f?2/2 将 Bragg衍射公式?~?/d代入得? =△ f （?2/2d2） 相应的相位差是：
△ f =2 /?= 2? /? [△ f（?2/2d2） ] =? △ f（?/d2） = △ f?2（?/?）
原来与 A波相差 90o相位的 C波,由于 失焦后 又移动了相位 90o,这时 C波与 A波同相位，合成振幅应为 /A/+/C/，因此在这个平面上每隔间距 d（黑点所示）就会出现亮点，相位衬度被显示出来。当
△ f 为正,n =1时，合成振幅为 /A/+/C/，出现正反差；当 n =3时，
合成振幅为 /A/— /C/，出现负反差，所以相位衬度只有在一定的失焦量下才能被显示出来。
在实际情况下,完整的、无球差的物镜是没有的，所以还要考虑物镜球差对电子波相位的影响。
如果所有的衍射光束参与成象，象就能不失真的反映出物的细节，
但实际上是不可能的，因为必须考虑物镜球差的影响，需要选用适当大小的光阑。
Fresnel（费涅尔） 条纹
电子光源的直接波和来自微孔边缘的散射波发生干涉而呈现的明暗条纹图。常用微栅孔的 Fresnel 条纹的对称性来判别物镜象散和进行消象散操作。
两束电子之间的光程差为,（ Z/cos?— Z），如满足 n? =(Z/cos?— Z），则相互干涉后会行成一系列的强度条纹（ Fresnel条纹）。是 电子束通过薄膜后产生的相位差。
衍衬运动学和衍衬动力学理论
运动学理论是讨论晶体激发产生衍射波强度的简单方法，不考虑入射波和衍射波之间的动力学相互作用。
假设,
1，入射电子波在样品内只受到不多于一次的散射；
2，入射电子波在样品传播的过程中，强度的衰减可以忽略，衍射波的强度与入射波的相比始终是很小的。
这对于足够薄的样品，或者让衍射晶面足够偏离 Bragg
衍射的位置时是近似的。
动力学理论是考虑了透射波与衍射波之间的相互作用的理论。可以示意地表示为：
当波矢量为 k 的入射波到达样品表面时，受到晶体内原子的相干散射，产生波矢量为 k’的衍射波。由于参与散射的原子数量有限，
这时的衍射强度很小。随着电子波在晶体深度方向的传播，透射波的强度不断减弱，若忽略非弹性散射引起的吸收效应，则衍射波的强度不断增强。当电子波在晶体内传播到一定深度时（如 A
位置），由于足够多的原子参与了散射，使透射波的振幅 Φ0下降为零，衍射波方向的振幅 Φg上升为最大，
它们的强度 I0=Φ02
和 Ig=Φg2 也相应地发生了变化。
位错线的衬度
（ hkl)是由于位错线 D引起局部畸变的一组晶面，若该晶与 Bragg
条件的偏离参量为 s0,并设 s0 > 0，则在远离位错的区域（如 A和 C
位置）衍射波的强度为 I。位错引起它附近晶面的局部转动，在应变场范围内,(hkl)晶面存在额外的附加偏差 s’。离位错愈远,ls’l值小,在位错的右边 s’ >0，在其左边 s’ <0。在右边区域内（如 B)，
总偏差 s0+s’ >s0，衍射强度 IB <I；而在左边,s’与 s0的符号相反，
总偏差 s0+s’ <s0，在某个位置（如 D’）时恰使 s0+s’=0，衍射强度
ID’=Imax。这样，在偏离位错线的左侧，
产生位错线的象，暗场中为亮线，明场中为暗线。
消光条纹
倾动样品，消光条纹的位置将跟着变动，在荧光屏上扫动。有时在移动样品后，当电子束入射引起样品加热而发生翘曲变形时也有同样现象。
第二相粒子的衬度
一般来说，可以通过两种方式引起第二相的衬度。
1，穿过粒子晶体的衍射波，其振幅和位相发生了变化。
2，粒子的存在引起周围点阵发生局部畸变，类似于位错的衬度。
金属薄膜的透射电镜衍衬象的解释 (示意图 )
a，铜合金轻微变形后位错在初滑移和交滑移面上的分布
b，铜合金轻微变形后位错在孪晶界的排列
c，铜合金轻微变形后的层错
a b
c
Al变形后形成的胞状结构 锆合金氧化膜的高分辨象锆合金 Al-Cu合金
Fe-Si合金变形退火后的回复 Cu变形退火后的再结晶
Moire图型
当两层晶面间距不同或倾斜角度不同的薄晶体叠放时，
会形成 moire图（水纹象）。
(a)平行 moire图； (b)旋转 moire图。
TEM样品的制备
样品的厚度需要 <100nm（原子序数低的样品可以稍厚一些）才适用于 TEM 观察。
减薄方法：电解抛光、离子减薄、化学减薄。
注意问题：
1 只在穿孔周围是薄区，所以孔越小越好。
2 表面污染会影响观察,电解抛光 和 化学减薄后要迅速转移至清洗液中。低温抛光的效果更好。
3 多相组织减薄时的问题 —— 各相间的减薄速率不同。
4 离子减薄时的问题：加速离子轰击样品造成损伤、温升,倾斜角度影响减薄速率,也影响薄区的大小。
对象：金属样品、陶瓷样品、粉末样品。
离子溅射减薄
电解抛光减薄萃取复型的制备及钢中析出的
Mo2C和 NbC
