标题：电子显微镜
定义
  电子显微镜电子显微镜，简称电镜，是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。
组成
电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
镜筒主要有电子源、电子透镜、样品架、荧光屏和探测器等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。
电子透镜用来聚焦电子，是电子显微镜镜筒中最重要的部件。一般使用的是磁透镜，有时也有使用静电透镜的。它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与光学显微镜中的光学透镜（凸透镜）使光束聚焦的作用是一样的，所以称为电子透镜。光学透镜的焦点是固定的，而电子透镜的焦点可以被调节，因此电子显微镜不象光学显微镜那样有可以移动的透镜系统。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。电子源是一个释放自由电子的阴极，栅极，一个环状加速电子的阳极构成的。阴极和阳极之间的电压差必须非常高，一般在数千伏到3百万伏之间。它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。
样品可以稳定地放在样品架上。此外往往还有可以用来改变样品（如移动、转动、加热、降温、拉长等）的装置。
探测器用来收集电子的信号或次级信号。
真空装置用以保障显微镜内的真空状态，这样电子在其路径上不会被吸收或偏向，由机械真空泵、扩散泵和真空阀门等构成，并通过抽气管道与镜筒相联接。
电源柜由高压发生器、励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成。
常用仪器
钨灯丝扫描电子显微镜EVO 18  
详细描述： 　　品牌：卡尔·蔡司 型号：EVO 18 
　　【总体描述】　　蔡司最新推出的EVO 18, 具有处理所有类型材料能力的分析显微镜为您提供卓越的成像质量。配备X射线能谱仪接口，并有领先的X射线几何条件对所有样品提供了最精确的分析。对于非导体采用电子束衬管技术也提高了图像质量和分析精度。 　　【技术参数】　　1、分辨率：3.0 nm @ 30 KV (SE 与W)　　4.0 nm @ 30 KV (VP with BSD )　　2、加速电压：0.2-30KV　　3、放大倍数：5-1000000 x　　4、探针电流：0.5PA-5μA　　5、X-射线分析工作距离：8.5mm 35度接收角　　6、低真空压力范围：10-400Pa(选配:环扫模式10-3000pa) 用空气或可选的水蒸气　　7、工作室：365mm (Φ) x 275 mm (h)　　8、5轴优中心自动样品台：X=125mm Y=125mm Z=50mm 　　T= 0 - 90° R=360°(l连续)　　9、最大试样高度：145mm 最大试样直径：250mm　　10、系统控制：基于Windows XP 的SmartSEM 操作系统 　　【产品应用】　　扫描电镜(SEM)广泛地应用于金属材料(钢铁、冶金、有色、机械加工)和非金属材料(化学、化工、石油、地质矿物学、橡胶、纺织、水泥、玻璃纤维)等检验和研究。在材料科学研究、金属材料、陶瓷材料、半导体材料、化学材料等领域进行材料的微观形貌、组织、成分分析，各种材料的形貌组织观察，材料断口分析和失效分析，材料实时微区成分分析，元素定量、定性成分分析，快速的多元素面扫描和线扫描分布测量，晶体、晶粒的相鉴定，晶粒尺寸、形状分析，晶体、晶粒取向测量。[1]钨灯丝扫描电子显微镜EVO MA 15/LS 15  
详细描述：　　品牌：卡尔·蔡司 型号：EVO MA 15/LS 15
　　【品牌故事】 　　世界顶级光学品牌，可见光及电子光学的领导企业----德国蔡司公司始创于1846年。其电子光学前身为LEO（里奥）,更早叫Cambridge（剑桥），积扫描电镜领域40多年及透射电镜领域60年的经验，ZEISS电子束技术在世界上创造了数个第一：　　第一台静电式透射电镜 (1949) 　　第一台商业化扫描电镜 (1965) 　　第一台数字化扫描电镜(1985) 　　第一台场发射扫描电镜(1990) 　　第一台带有成像滤波器的透射电镜 (1992) 　　第一台具有Koehler照明的 200kV 场发射透射电镜(2003) 　　第一台具有镜筒内校正Omega能量滤波器的场发射透射电镜(2003)　　CARL ZEISS以其前瞻性至臻完美的设计融合欧洲至上制造工艺造就了该品牌在光电子领域无可撼动的王者地位。自成立至今，一直延续不断创新的传统，公司拥有电镜制造最核心最先进的专有技术，随着离子束技术和基于电子束的分析技术的加入、是全球唯一为您提供钨灯丝扫描电镜、场发射扫描电镜、双束显微镜(FIB and SEM)、透射电子显微镜等全系列解决方案的电镜制造企业。其产品的高性能、高质量、高可靠性和稳定性已得到全世界广大用户的信赖与认可。作为全球电镜标准缔造者的CARL ZEISS将一路领跑高端电镜市场为您开创探求纳米科技的崭新纪元。　　【总体描述】　　蔡司钨灯丝扫描电镜EVO MA 15的问世，将钨灯丝扫描电镜的发展带入了全新的时代，超大样品室为各类繁杂的样品以及繁重的工作提供了轻松的解决方案，自动化的5轴样品台和大的X、Y、Z轴跟踪扫描以及可变压力的检测模式使得EVO MA 15能够广泛适用于各类样品的检测工作，EVO MA 15作为一款研究级扫描电镜能够为您提供最完美的视觉图像和最广泛的应用领域。　　【技术参数】　　分辨率：3.0nm@ 30KV(SE and W) 4.0nm@ 30KV(VP with BSD) 　　加速电压：0.2—30KV 　　放大倍数：5—1000000x 　　探针电流：0.5PA-5μA 　　X-射线分析工作距离：8.5mm 35度接收角 　　压力范围：10—400Pa (LS15:环扫模式10-3000Pa)　　工作室：365mm(φ)×275mm(h) 　　5轴优中心自动样品台：X=125mm Y=125mm Z=50mm T=0-90°R=360° 　　最大试样高度：145mm，最大试样直径：250mm 　　系统控制：基于Windows XP 的SmartSEM操作系统 　　【主要特点】　　能在可变压力下操作 　　先进X射线和EBSD分析 　　可移动大平台 　　快抽真空 　　未来的保证，可升级在高压和水蒸气下成像和分析 　　高亮度LaB6资源选择 　　光线套选择　　【产品应用】　　扫描电镜(SEM)广泛地应用于金属材料(钢铁、冶金、有色、机械加工)和非金属材料(化学、化工、石油、地质矿物学、橡胶、纺织、水泥、玻璃纤维)等检验和研究。在材料科学研究、金属材料、陶瓷材料、半导体材料、化学材料等领域进行材料的微观形貌、组织、成分分析，各种材料的形貌组织观察，材料断口分析和失效分析，材料实时微区成分分析，元素定量、定性成分分析，快速的多元素面扫描和线扫描分布测量，晶体、晶粒的相鉴定，晶粒尺寸、形状分析，晶体、晶粒取向测量。 [2]场发射电子显微镜∑IGMA  
详细描述：　　品牌：卡尔·蔡司 型号：∑IGMA
【总体描述】　　采用先进的第三代GEMINI镜筒的∑IGMA场发射电子显微镜在处理所有材料方面有杰出表现。GEMINI镜筒因其操作简单，极低压成像和超稳定探测电流等优势得到广大用户的认可，同时可提供高分辨率的能谱分析和波谱分析. 　　∑IGMA可处理直径达250mm和高为145mm的试样，此外，理想的共面设计使得能谱分析（EDS）和背散射电子分析（EBSD）同时使用。　　【技术参数】　　分辨率： 1.3nm@ 20KV 1.5nm@ 15KV 2.8nm@ 1KV 　　放大倍数：12 – 1,000,000x 　　加速电压：0.1-30KV 　　探针电流：4 pA - 20 nA (4pA-40nA 可选) 　　样品室： 330 mm (φ) x 270 mm (h) 　　样品台： 5轴优中心全自动　　X = 125 mm 　　Y = 125 mm 　　Z = 50mm 　　T = 0 - 90° 　　R = 360°连续旋转 　　系统控制：基于Windows XP 的SmartSEM操作系统,可选鼠标、键盘、控制面板控制　　【产品应用】 　　扫描电镜(SEM)广泛地应用于金属材料(钢铁、冶金、有色、机械加工)和非金属材料(化学、化工、石油、地质矿物学、橡胶、纺织、水泥、玻璃纤维)等检验和研究。在材料科学研究、金属材料、陶瓷材料、半导体材料、化学材料等领域进行材料的微观形貌、组织、成分分析，各种材料的形貌组织观察，材料断口分析和失效分析，材料实时微区成分分析，元素定量、定性成分分析，快速的多元素面扫描和线扫描分布测量，晶体、晶粒的相鉴定，晶粒尺寸、形状分析，晶体、晶粒取向测量。[3]场发射电子显微镜SUPRA 55 SAPPHIRE  
详细描述：
品牌：卡尔·蔡司 型号：SUPRA 55 SAPPHIRE
　　【品牌故事】 　　世界顶级光学品牌，可见光及电子光学的领导企业----德国蔡司公司始创于1846年。其电子光学前身为LEO（里奥）,更早叫Cambridge（剑桥），积扫描电镜领域40多年及透射电镜领域60年的经验，ZEISS电子束技术在世界上创造了数个第一：　　第一台静电式透射电镜 (1949) 　　第一台商业化扫描电镜 (1965) 　　第一台数字化扫描电镜(1985) 　　第一台场发射扫描电镜(1990) 　　第一台带有成像滤波器的透射电镜 (1992) 　　第一台具有Koehler照明的 200kV 场发射透射电镜(2003) 　　第一台具有镜筒内校正Omega能量滤波器的场发射透射电镜(2003)　　CARL ZEISS以其前瞻性至臻完美的设计融合欧洲至上制造工艺造就了该品牌在光电子领域无可撼动的王者地位。自成立至今，一直延续不断创新的传统，公司拥有电镜制造最核心最先进的专有技术，随着离子束技术和基于电子束的分析技术的加入、是全球唯一为您提供钨灯丝扫描电镜、场发射扫描电镜、双束显微镜(FIB and SEM)、透射电子显微镜等全系列解决方案的电镜制造企业。其产品的高性能、高质量、高可靠性和稳定性已得到全世界广大用户的信赖与认可。作为全球电镜标准缔造者的CARL ZEISS将一路领跑高端电镜市场为您开创探求纳米科技的崭新纪元。　　【总体描述】 　　超高分辨率SUPRA 55 SAPPHIRE是一款拥有第三代GEMINI 镜筒的高性能场发射电子显微镜，它有独一无二的摆动缓冲系统，并结合了5轴驱动载物台，通过不断变换电压可以获得很高的分辨率。对于使用者来说，SUPRA 55的系统功能强大，可以在相对不稳定的环境下完成检测，完全分析型的场发射扫描电镜探针电流可达到20nA，适用范围如材料领域、半导体技术、生命科学和纳米技术领域等。　　【技术参数】　　分辨率： 0.8nm@ 15KV 　　1.6nm @ 1KV 　　2.0nm @ 30KV(VP mode) 　　放大倍数： 12 - 1,000,000x 　　加速电压： 0.02 - 30 KV　　探针电流： 4 pA - 20 nA (12pA - 100 nA 可选) 　　样品室： 330 mm (φ) x 270 mm (h) 　　样品台： 5轴优中心全自动 　　X = 130mm 　　Y = 130 mm 　　Z = 50mm 　　T = -3 to 70° 　　R = 360°连续旋转 　　系统控制：基于Windows XP 的SmartSEM操作系统,可选鼠标、键盘、控制面板控制　　【产品应用】　　扫描电镜(SEM)广泛地应用于金属材料(钢铁、冶金、有色、机械加工)和非金属材料(化学、化工、石油、地质矿物学、橡胶、纺织、水泥、玻璃纤维)等检验和研究。在材料科学研究、金属材料、陶瓷材料、半导体材料、化学材料等领域进行材料的微观形貌、组织、成分分析，各种材料的形貌组织观察，材料断口分析和失效分析，材料实时微区成分分析，元素定量、定性成分分析，快速的多元素面扫描和线扫描分布测量，晶体、晶粒的相鉴定，晶粒尺寸、形状分析，晶体、晶粒取向测量。[4]
种类
概述  电子显微镜观测图电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、反射式电子显微镜和发射式电子显微镜等。透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构；扫描式电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌，也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合，构成电子微探针，用于物质成分分析；发射式电子显微镜用于自发射电子表面的研究。透射电子显微镜（TEMTransmission Electron Microscopy，亦称投射式电子显微镜）因电子束穿透样品后，再用电子透镜成像放大而得名。它的光路与光学显微镜相仿，可以直接获得一个样本的投影。通过改变物镜的透镜系统人们可以直接放大物镜的焦点的像。由此人们可以获得电子衍射像。使用这个像可以分析样本的晶体结构。在这种电子显微镜中，图像细节的对比度是由样品的原子对电子束的散射形成的。由于电子需要穿过样本，因此样本必须非常薄。组成样本的原子的原子量、加速电子的电压和所希望获得的分辨率决定样本的厚度。样本的厚度可以从数纳米到数微米不等。原子量越高、电压越低，样本就必须越薄。样品较薄或密度较低的部分，电子束散射较少，这样就有较多的电子通过物镜光栏，参与成像，在图像中显得较亮。反之，样品中较厚或较密的部分，在图像中则显得较暗。如果样品太厚或过密，则像的对比度就会恶化，甚至会因吸收电子束的能量而被损伤或破坏。
透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上。中间镜主要通过对励磁电流的调节，放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍；改变中间镜的焦距，即可在同一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像。为了能研究较厚的金属切片样品，法国杜洛斯电子光学实验室研制出加速电压为3500千伏的超高压电子显微镜。
在能量过滤透过式电子显微镜（Energy Filtered Transmission Electron Microscopy，EFTEM）中人们测量电子通过样本时的速度改变。由此可以推测出样本的化学组成，比如化学元素在样本内的分布。
  电子显微镜图3扫描电子显微镜（SEM Scanning electron microscope）的电子束不穿过样品，仅以电子束尽量聚焦在样本的一小块地方，然后一行一行地扫描样本。入射的电子导致样本表面被激发出次级电子。显微镜观察的是这些每个点散射出来的电子，放在样品旁的闪烁晶体接收这些次级电子，通过放大后调制显像管的电子束强度，从而改变显像管荧光屏上的亮度。显像管的偏转线圈与样品表面上的电子束保持同步扫描，这样显像管的荧光屏就显示出样品表面的形貌图像，这与工业电视机的工作原理相类似。由于这样的显微镜中电子不必透射样本，因此其电子加速的电压不必非常高。
扫描式电子显微镜的分辨率主要决定于样品表面上电子束的直径。放大倍数是显像管上扫描幅度与样品上扫描幅度之比，可从几十倍连续地变化到几十万倍。扫描式电子显微镜不需要很薄的样品；图像有很强的立体感；能利用电子束与物质相互作用而产生的次级电子、吸收电子和X射线等信息分析物质成分。
扫描式电子显微镜的电子枪和聚光镜与透射式电子显微镜的大致相同，但是为了使电子束更细，在聚光镜下又增加了物镜和消像散器，在物镜内部还装有两组互相垂直的扫描线圈。物镜下面的样品室内装有可以移动、转动和倾斜的样品台。
场发射扫描电子显微镜（FESEM）是一种比较简单的扫描电子显微镜，它观察样本上因强电场导致的场发射所散发出来的电子。
假如观察的是透过样本的扫描电子的话，那么这种显微镜被称为扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscopy，STEM）。
用途
透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构；扫描式电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌，也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合，构成电子微探针，用于物质成分分析；发射式电子显微镜用于自发射电子表面的研究。
历史
1926年汉斯·布什研制了第一个磁力电子透镜。1931年厄恩斯特·卢斯卡和马克斯·克诺尔研制了第一台透视电子显微镜。展示这台显微镜时使用的还不是透视的样本，而是一个金属格。1986年卢斯卡为此获得诺贝尔物理学奖。1938年他在西门子公司研制了第一台商业电子显微镜。1934年锇酸被提议用来加强图像的对比度。1937年第一台扫描透射电子显微镜推出。  电子显微镜一开始研制电子显微镜最主要的目的是显示在光学显微镜中无法分辨的病原体如病毒等。1949年可投射的金属薄片出现后材料学对电子显微镜的兴趣大增。
1960年代投射电子显微镜的加速电压越来越高来透视越来越厚的物质。这个时期电子显微镜达到了可以分辨原子的能力。
1980年代人们能够使用扫描电子显微镜观察湿样本。1990年代中电脑越来越多地用来分析电子显微镜的图像，同时使用电脑也可以控制越来越复杂的透镜系统，同时电子显微镜的操作越来越简单。
成像原理
1．透射电镜技术　
透射电镜是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物像，投射到荧光屏上或照相底片上进行观察。透射电镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～几十万倍。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，必须制备更薄的超薄切片（通常为50～100nm）。其制备过程与石蜡切片相似，但要求极严格。要在机体死亡后的数分钟钓取材，组织块要小(1立方毫米以内），常用戊二醛和饿酸进行双重固定树脂包埋，用特制的超薄切片机（ultramicrotome）切成超薄切片，再经醋酸铀和柠檬酸铅等进行电子染色。电子束投射到样品时，可随组织构成成分的密度不同而发生相应的电子发射，如电子束投射到质量大的结构时，电子被散射的多，因此投射到荧光屏上的电子少而呈暗像，电子照片上则呈黑色，称电子密度高（electrondense）。反之，则称为电子密度低（electronlucent）。
2。扫描电镜技术　扫描电镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。（细胞、组织）表面的立体构像，可摄制成照片。
扫描电镜样品用戊二醛和饿酸等固定，经脱水和临界点干燥后,再於样品表面喷镀薄层金膜，以增加二波电子数。  电子显微镜下的纤维扫描电镜能观察较大的组织表面结构，由於它的景深长，1mm左右的凹凸不平面能清所成像，故放样品图像富有立体感。
样本处理
在使用透视电子显微镜观察生物样品前样品必须被预先处理。随不同研究要求的需要科学家使用不同的处理方法。
固定：为了尽量保存样本的原样使用戊二醛来硬化样本和使用锇酸来染色脂肪。
冷固定：将样本放在液态的乙烷中速冻，这样水不会结晶，而形成非晶体的冰  电子显微镜下的病毒。这样保存的样品损坏比较小，但图像的对比度非常低。
脱干：使用乙醇和丙酮来取代水。
垫入：样本被垫入后可以分割。 
分割：将样本使用金刚石刃切成薄片。
染色：重的原子如铅或铀比轻的原子散射电子的能力高，因此可被用来提高对比度。
使用透视电子显微镜观察金属前样本要被切成非常薄的薄片（约0.1毫米），然后使用电解擦亮继续使得金属变薄，最后在样本中心往往形成一个洞，电子可以在这个洞附近穿过那里非常薄的金属。无法使用电解擦亮的金属或不导电或导电性能不好的物质如硅等一般首先被用机械方式磨薄后使用离子打击的方法继续加工。为防止不导电的样品在扫描电子显微镜中积累静电它们的表面必须覆盖一层导电层。
优缺点
在电子显微镜中样本必须在真空中观察，因此无法观察活样本。随着技术的进步，环境扫面电镜将逐渐实现直接对活样本的观察。在处理样本时可能会产生样本本来没有的结构，这加剧了此后分析图像的难度。由于投射电子显微镜只能观察非常薄的样本，而  普通的光学显微镜有可能物质表面的结构与物质内部的结构不同。此外电子束可能通过碰撞和加热破坏样本。
现在的最新技术可以在电子显微镜中观察湿的样本和不涂导电层的样本（环境扫描电子显微镜，Environmental Scanning Electron Microscopes，ESEM）。假如事先对样本的情况比较清晰的话则可以基本上进行不破坏的观察。
此外电子显微镜购买和维护的价格都比较高。
与光学显微镜
性能比较
  电子显微镜观察分辨能力是电子显微镜的重要指标，电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示，它与透过样品的电子束入射锥角和波长有关。可见光的波长约为300～700纳米，而电子束的波长与加速电压有关。依据波粒二象性原理，高速的电子的波长比可见光的波长短，而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的分辨率（约0.2纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约200纳米）。当加速电压为50～100千伏时，电子束波长约为0.0053～0.0037纳米。由于电子束的波长远远小于可见光的波长，所以即使电子束的锥角仅为光学显微镜的1%，电子显微镜的分辨本领仍远远优于光学显微镜。光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，而现代电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。电子显微镜的分辨本领虽已远胜于光学显微镜，但电子显微镜因需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤。其他的问题，如电子枪亮度和电子透镜质量的提高等问题也有待继续研究。
主要参数
图像传感器：130万像素，彩色CMOS，有效像素1280（H）*1024（V）
清晰度：650线以上
图像刷新率：15帧/秒
信噪比：>60dB 
视频接口：标准VGA接口
VGA输出支持：1024X768 60Hz（默认），1024X768 75Hz
镜头接口：CS 
控制功能：亮度，对比度,色饱和度，锐度,Cb偏移量， Cr偏移量，十字光标叠加，垂直镜像，水平镜像，负片
电源：5V DC允许10%偏差
工作电流：400mA
功率：2W
体积：48*60*100（mm）总放大倍数：7-150倍
物镜：0.7-4.5连续变倍
目镜：0.5X
升降范围：270mm
手轮调焦范围：65mm
中心距离：140mm
立柱直径：25mm
镜头接口直径：50mm
支架总高度：355mm
底座尺寸：390X270X28
净重：6KG
8寸工业液晶显示器。
显微镜的放大倍数可以根据需要最大可以600倍、观察面积可以到达30mm以上、使用方便等特点。
选配物件：XY移动平台、LED环形光源、1X、0.3倍目镜0.5倍、2倍物镜、底座有多款可选、可以选配多种摄像头。