無法被清晰地觀察。為了解決這一問題，科學(xué)家們開始探索使用波長更短的光源來提高顯微鏡的分辨率。1932年，德國科學(xué)家恩斯特·魯斯卡（Ernst Ruska）成功發(fā)明了透射電子顯微鏡（TEM），利用電子束作為光源。由于電子束的波長遠(yuǎn)小于可見光和紫外光，并且波長與電子束的加速電壓成反比，TEM的分辨率可以達(dá)到0.2納米，極大地擴展了人類對微觀世界的觀察范圍。

TEM組成部分

電子槍：

電子槍是TEM的核心部件之一，負(fù)責(zé)發(fā)射電子。它由陰極、柵極和陽極組成。陰極發(fā)射的電子通過柵極上的小孔形成電子束，經(jīng)陽極電壓加速后射向聚光鏡，起到加速和聚焦電子束的作用。

聚光鏡：

聚光鏡的作用是將電子束聚焦，形成平行光源，為后續(xù)的成像過程提供穩(wěn)定的電子束。

樣品桿：

樣品桿用于裝載待觀察的樣品，確保樣品在電子束的作用下能夠被清晰地成像。

物鏡：

物鏡負(fù)責(zé)聚焦成像，進(jìn)行第一次放大。它將電子束聚焦到樣品上，形成初步的圖像。

中間鏡：

中間鏡進(jìn)行第二次放大，并控制成像模式（圖像模式或電子衍射模式），以滿足不同的觀察需求。

投影鏡：

投影鏡進(jìn)行第三次放大，進(jìn)一步提高圖像的清晰度。

熒光屏：

熒光屏將電子信號轉(zhuǎn)化為可見光，供操作者觀察。它是觀察者直接看到圖像的界面。

CCD相機：

電荷耦合元件（CCD）相機將光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，便于后續(xù)的圖像處理和分析。

TEM組成部分

透射電子顯微鏡的成像原理與光學(xué)顯微鏡在光路設(shè)計上相似。電子束作為光源，經(jīng)過聚光鏡會聚后照射到樣品上。透射過樣品的電子束進(jìn)入物鏡，由物鏡會聚成像，形成第一次放大圖像。隨后，中間鏡和投影鏡再進(jìn)行兩次接力放大，最終在熒光屏上形成清晰的投影圖像供觀察者觀察。電鏡物鏡成像光路圖也與光學(xué)凸透鏡放大光路圖一致，都是通過透鏡的聚焦作用實現(xiàn)圖像的放大和清晰顯示。

樣品制備

由于透射電子顯微鏡收集的是透射過樣品的電子束的信息，因此樣品必須足夠薄，以便電子束能夠順利透過。

樣品制備是TEM分析的關(guān)鍵步驟之一，常見的樣品類型包括復(fù)型樣品、超顯微顆粒樣品和材料薄膜樣品等。

制樣設(shè)備包括真空鍍膜儀、超聲清洗儀、切片機、磨片機、電解雙噴儀、離子薄化儀和超薄切片機等。這些設(shè)備用于將樣品加工成適合TEM觀察的超薄狀態(tài)，以確保電子束能夠有效透過樣品并獲取清晰的圖像信息。

成像種類

TEM的操作模式多樣，以適應(yīng)不同的分析需求。金鑒實驗室能夠進(jìn)行多種測試，金鑒專家團隊將根據(jù)客戶的具體需求，選擇最合適的測試模式，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

明暗場襯度圖像：明場成像（Brightfield image）是在物鏡的背焦面上，讓透射束通過物鏡光闌而把衍射束擋掉得到圖像襯度的方法。暗場成像（Darkfield image）是將入射束方向傾斜2θ角度，使衍射束通過物鏡光闌而把透射束擋掉得到圖像襯度的方法。明暗場成像能夠清晰地顯示樣品中的缺陷、位錯等微觀結(jié)構(gòu)特征。

高分辨TEM（HRTEM）圖像：

HRTEM可以獲得晶格條紋像（反映晶面間距信息）；結(jié)構(gòu)像及單個原子像（反映晶體結(jié)構(gòu)中原子或原子團配置情況）等分辨率更高的圖像信息。但是要求樣品厚度小于1納米，以確保電子束能夠有效透過并獲取清晰的高分辨圖像。

電子衍射圖像：

電子衍射是TEM的另一重要功能，能夠提供樣品的晶體結(jié)構(gòu)信息。選區(qū)衍射（Selected area diffraction, SAD）用于分析微米級微小區(qū)域的結(jié)構(gòu)特征；會聚束衍射（Convergent beam electron diffraction, CBED）和微束衍射（Microbeam electron diffraction, MED）則用于分析納米級微小區(qū)域的結(jié)構(gòu)特征。電子衍射圖像能夠幫助研究人員確定樣品的晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)等重要信息。

常見問題

TEM和SEM的區(qū)別：

透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）是電子顯微鏡的兩種主要類型，它們在工作原理和應(yīng)用領(lǐng)域上存在一些區(qū)別。當(dāng)一束高能的入射電子轟擊物質(zhì)表面時，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、背散射電子、俄歇電子、特征X射線、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射。掃描電鏡主要收集二次電子和背散射電子的信息，用于觀察樣品表面的形貌和成分分布；而透射電鏡則收集透射電子的信息，用于觀察樣品內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)等。

衍射襯度與質(zhì)厚襯度的區(qū)別：

晶體試樣在進(jìn)行電鏡觀察時，由于各處晶體取向不同和（或）晶體結(jié)構(gòu)不同，滿足布拉格條件的程度不同，使得對應(yīng)試樣下表面處有不同的衍射效果，從而在下表面形成一個隨位置而異的衍射振幅分布，這樣形成的襯度稱為衍射襯度。衍射襯度主要反映樣品的晶體結(jié)構(gòu)和取向信息。而質(zhì)厚襯度是由于樣品不同微區(qū)間存在的原子序數(shù)或厚度的差異而形成的，適用于對復(fù)型膜試樣電子圖像做出解釋。質(zhì)厚襯度主要反映樣品的厚度和原子序數(shù)差異，與樣品的晶體結(jié)構(gòu)和取向關(guān)系不大。透射電子顯微鏡（TEM）作為一種強大的顯微技術(shù)，為我們深入理解材料的微觀世界提供了寶貴的視角。