透射電子顯微鏡

透射電子顯微鏡（簡稱透射電鏡）是一種利用加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，通過電子與樣品原子的碰撞產生立體角散射來成像的儀器。

散射角的大小與樣品的密度、厚度密切相關，從而形成明暗不同的影像。這些影像經過放大、聚焦后，可在成像器件（如熒光屏、膠片、感光耦合組件等）上顯示出來。

由于電子的德布羅意波長極短，透射電子顯微鏡的分辨率遠高于光學顯微鏡，可達到0.1 - 0.2納米，放大倍數可達幾萬至百萬倍。這使得透射電鏡能夠觀察樣品的精細結構，甚至能觀察到單列原子的結構，其觀察到的最小結構比光學顯微鏡小數萬倍。

應用特點

透射電子顯微鏡的應用具有諸多顯著特點。通過其熒光屏，我們可以幾乎瞬時地觀察到樣品的圖像或衍射花樣。在觀察過程中，我們能夠實時改變樣品的位置及方向，以便快速找到感興趣的區域和方向。一旦獲取所需的圖像，可采用相機照相的方式記錄下來。

主要功能

1. 一般形貌觀察

可對樣品的外觀形態進行直觀觀察，為后續研究提供基礎信息。

2. 物相分析利用電子衍射、微區電子衍射、會聚束電子衍射等技術，確定材料的物相、晶系，甚至空間群，從而深入了解材料的晶體結構和組成。

3. 晶體結構確定

借助高分辨電子顯微術，能夠直接觀察晶體中原子或原子團在特定方向上的結構投影。對于不同尺寸的物體，可根據其大小選擇合適的電鏡類型：大于100納米的物體可用低壓、低分辨電鏡觀察；100納米至10納米之間的物體用高壓、低分辨電鏡勉強可見；小于10納米的物體則必須選用高壓、高分辨電鏡進行觀察。

4. 結構缺陷觀察

通過衍襯像和高分辨電子顯微像技術，可觀察晶體中存在的結構缺陷，確定缺陷的種類并估算缺陷密度。

對于不同類型的缺陷觀察，可選擇不同類型的電鏡：界面觀察選用低壓、低分辨電鏡；位錯觀察可用高壓、低分辨電鏡，選用高壓、高分辨電鏡效果更佳；層錯觀察則需選用高壓、高分辨電鏡。傳統的典位錯觀察方法是金相腐蝕法，通過腐蝕使位錯露頭形成“蝕坑”，但這種方法是間接觀察，效果較差。相比之下，高壓、低分辨透射電鏡可以直接觀察位錯，效果較好；而高壓、高分辨透射電鏡的觀察效果更佳。

5. 微區化學成分分析

利用透射電鏡附加的能量色散X射線譜儀或電子能量損失譜儀，能夠對樣品的微區化學成分進行精確分析，為研究材料的成分分布和化學性質提供重要依據。

6. 元素分布分析

借助帶有掃描附件和能量色散X射線譜儀的透射電鏡，或者利用帶有圖像過濾器的透射電鏡，可以對樣品中的元素分布進行分析，確定樣品中是否存在成分偏析，這對于研究材料的微觀結構與性能之間的關系具有重要意義。