透射電子顯微鏡（TEM）是一種利用電子束穿透超薄樣品以獲取高分辨率圖像的技術，它在材料科學、生物學和物理學等多個學科領域內扮演著至關重要的角色。TEM能夠揭示材料的微觀結構，包括形貌、晶體結構、缺陷、化學成分和電子結構等關鍵信息。

如何形成的

TEM的運作依賴于電子與樣品的相互作用。電子槍產生電子束，這些電子隨后被一系列電磁透鏡聚焦并加速至高能量狀態(tài)（通常在80 KeV到300 KeV之間），然后投射到樣品上。透射電子被物鏡和成像透鏡捕獲，最終在熒光屏、感光膠片或CCD相機上形成圖像。由于電子的波長極短，TEM能夠實現(xiàn)納米甚至亞原子級別的分辨率，遠超傳統(tǒng)光學顯微鏡的分辨率限制。

組成部分

電子槍：負責產生電子束，主要類型包括熱發(fā)射和場發(fā)射電子槍，其中場發(fā)射電子槍因其高亮度和優(yōu)越的聚焦能力而適用于高分辨率成像。

電磁透鏡：用于控制電子束的聚焦和放大，功能類似于傳統(tǒng)光學顯微鏡中的光學透鏡。

樣品臺：允許進行精確的樣品定位和傾斜操作，以研究不同方向上的樣品結構。

探測器：包括熒光屏、感光膠片或數(shù)碼探測器（如CCD相機），用于記錄樣品透射后的圖像。

操作模式

TEM的操作模式多樣，以適應不同的分析需求。以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

1. 明場成像（Bright Field Imaging）：這是TEM中最普遍的成像方式，通過透射電子形成圖像，適用于觀察樣品的整體形貌和晶體缺陷。

2. 暗場成像（Dark Field Imaging）：通過選擇特定散射角度的電子進行成像，以突出樣品中的特定結構。

3. 高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）：通過直接成像電子波的干涉圖樣，實現(xiàn)對晶體結構的原子級分辨率成像。

4. 電子衍射（Electron Diffraction）：分析電子束與晶體相互作用后產生的衍射圖樣，以確定材料的晶體結構。

5. 能量色散X射線光譜（EDS/EDX）：結合TEM使用，通過分析特征X射線的能量來確定樣品中元素的種類和分布。

6. 電子能量損失譜（EELS）：通過測量電子穿過樣品時的能量損失，提供材料的化學成分、價態(tài)和電子結構信息。

樣品制備技術

TEM樣品制備是實現(xiàn)有效分析的關鍵步驟，要求樣品必須足夠薄以便電子束能夠穿透。常用的樣品制備方法包括：

機械研磨：將塊狀樣品研磨至適當厚度，再通過離子減薄技術進一步減薄至電子束可穿透的厚度。

聚焦離子束（FIB）：從大塊材料中精確切割出超薄樣品，適用于復雜材料的精確制備。

超薄切片：適用于生物樣品或聚合物等軟材料，通過超薄切片機切割出納米至幾十納米厚的樣品。

優(yōu)勢與局限性

1.優(yōu)勢：

提供亞納米或原子級別的分辨率，是材料表征的高精度工具。

功能多樣，能夠結合多種技術進行化學成分和晶體結構分析。

適用于多種材料，包括無機材料、金屬、半導體、有機物和生物樣品。

2.局限性：

樣品制備過程復雜，特別是對于脆性或復雜材料。

操作技術要求高，需要專業(yè)知識和經驗。

需要在高真空環(huán)境下測試，不適合研究不穩(wěn)定或揮發(fā)性樣品。

透射電子顯微鏡（TEM）作為一種強大的顯微技術，為我們深入理解材料的微觀世界提供了寶貴的視角。盡管存在局限性，但其在材料科學領域的重要作用不容忽視。金鑒實驗室的透射電子顯微鏡（TEM）測試服務，不僅為科研和工業(yè)界提供了重要的數(shù)據(jù)支持，也為材料科學領域的研究者們開辟了新的視野。