什么是透射電子顯微鏡？

透射電子顯微鏡（TEM）的原理根基在于電子與物質(zhì)的相互作用。

電子槍發(fā)射出的電子束，經(jīng)由電磁透鏡系統(tǒng)聚焦與加速，達到高能量水平（80 KeV到300 keV），隨后精準地照射到超薄樣品之上。電子束穿透樣品后，部分電子繼續(xù)前行，穿過物鏡、成像透鏡等一系列透鏡系統(tǒng)，最終在熒光屏、感光膠片或CCD相機等設備上形成可供記錄的圖像。

電子波長極短，遠小于光學顯微鏡所用可見光波長，這使得TEM能夠突破光學顯微鏡的分辨率極限，達到納米甚至亞原子級的分辨率，為微觀世界的精細觀察提供了可能。

構建高精度成像系統(tǒng)

電子槍是TEM的關鍵部件之一，負責產(chǎn)生電子束。常見的電子槍有熱發(fā)射電子槍和場發(fā)射電子槍，其中場發(fā)射電子槍憑借更高的亮度和更佳的電子束聚焦效果，成為高分辨成像的首選。

電磁透鏡則在TEM中扮演著類似光學顯微鏡中光學透鏡的角色，通過精確控制電磁場，實現(xiàn)對電子束的聚焦和放大，確保電子束能夠精準地照射到樣品上，并將透射后的電子束匯聚成像。

樣品臺具備精確的定位和傾斜功能，使研究者能夠從不同角度觀察樣品，獲取不同取向下的結構信息。

探測器用于捕捉透射后的電子束，將其轉化為可觀察的圖像，常見的探測器包括熒光屏、感光膠片以及數(shù)碼探測器（如CCD相機），它們各有優(yōu)勢，滿足不同的成像需求。

多維度的微觀表征

TEM擁有多種工作模式，以適應不同的研究需求。

1.明場成像是TEM最常用的工作模式，透射電子束穿過樣品后形成圖像，未被散射的電子被收集并呈現(xiàn)為圖像中的亮部，而較厚區(qū)域或晶體中強烈散射的區(qū)域則表現(xiàn)為暗部，這種模式適合觀察樣品的整體形貌、厚度分布以及晶體缺陷等。

2.暗場成像則通過選擇特定散射角度的電子進行成像，能夠突出樣品中特定的晶面、缺陷或顆粒，便于研究者對不同晶相或局部結構進行詳細觀察。

3.高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）模式通過直接成像電子波的干涉圖樣，能夠獲得晶體結構的原子級分辨率圖像，可用于研究材料的晶體結構、位錯、缺陷等原子級特征。金鑒實驗室在進行試驗時，嚴格遵循相關標準操作，確保每一個測試環(huán)節(jié)都精準無誤地符合標準要求。

4.電子衍射模式基于電子束與晶體相互作用后產(chǎn)生的衍射圖樣，通過測量衍射點的位置和強度，確定晶格常數(shù)、晶體取向和相組成，常見的電子衍射模式包括選區(qū)電子衍射（SAED）和匯聚束電子衍射（CBED）。

5.能量色散X射線光譜（EDS/EDX）結合TEM使用，可檢測電子與樣品原子相互作用后產(chǎn)生的特征X射線，從而確定樣品中元素的種類和分布，適合進行局部的化學成分分析。

6.電子能量損失譜（EELS）用于測量電子在穿過樣品時損失的能量，這種能量損失蘊含著材料的化學成分、價態(tài)、電子結構等豐富信息，能提供更精細的化學成分分析和價態(tài)信息，相較于EDS具有更高的靈敏度。

樣品制備

TEM樣品的制備至關重要，樣品必須足夠薄（通常為幾十納米），以確保電子束能夠穿透。常見的樣品制備方法有機械研磨，先將塊體樣品研磨至較薄厚度，再通過離子減薄進一步減薄至電子束可透過的厚度；聚焦離子束（FIB）技術可從大塊材料中精確切出超薄樣品，適用于復雜材料的精確制備；超薄切片則適用于生物樣品或聚合物等軟材料，使用超薄切片機切割出幾納米至幾十納米厚的樣品。這些方法各有優(yōu)勢，根據(jù)不同的研究對象和需求進行選擇，為TEM的高分辨率成像提供高質(zhì)量的樣品基礎。