透射電子顯微鏡技術(shù)

透射電子顯微鏡（TEM）是以高能電子束為光源進(jìn)行放大成像的大型顯微分析設(shè)備

透射電子顯微鏡簡介

透射電子顯微鏡是將加速聚集的電子束投射到一個非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞改變方向，從而產(chǎn)生一個三維散射角散射角的大小和樣本的密度厚度相關(guān)，因此，可以形成不同的明暗圖像圖像經(jīng)過放大和聚焦后，將顯示在成像設(shè)備（如熒光屏、膠片和光敏耦合元件）上

TEM的發(fā)展可以追溯到很久以前第一個TEM是由馬克斯·克諾爾和恩斯特·魯斯卡在1931年開發(fā)的該研究小組于1933年研制出第一臺分辨率高于可見光的透射電子顯微鏡，并于1939年成功研制出第一臺商用透射電子顯微鏡

透射電子顯微鏡成像的原理

透射電子顯微鏡中電子槍發(fā)射的電子束在真空通道中沿鏡體的光軸通過冷凝器，并通過冷凝器會聚成一個精細(xì)的、明亮的和均勻的光斑，并照射樣品室中的樣品；穿過樣品后的電子束攜帶樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，通過樣品致密部分的電子量小，經(jīng)過物鏡聚焦和一次放大后通過稀疏部分的電量小電子束進(jìn)入下中透鏡和第一、二投影鏡進(jìn)行綜合放大成像，最后將放大后的電子圖像投影在觀察室的熒光屏上，熒光屏將電子圖像轉(zhuǎn)換為可見光圖像，供用戶使用觀察

TEM成像原理可分為三種情況：

①吸收圖像：當(dāng)電子發(fā)射到高質(zhì)量、高密度的樣品時，主要的成相效應(yīng)是散射在質(zhì)量厚度較大的地方，電子的散射角較大，通過的電子較少，因此圖像的亮度較暗早期的TEM就是基于這個原理。

②衍圖像：電子束被樣品衍射后，樣品不同位置的衍射波振幅分布對應(yīng)于樣品中晶體不同部分的衍射能力當(dāng)存在晶體缺陷時，缺陷部分的衍射能力與整個區(qū)域的衍射能力不同，導(dǎo)致衍射波振幅分布不均勻，反映了晶體缺陷的分布

③相位圖像：當(dāng)樣品厚度小于10nm時，電子可以通過樣品，可以忽略波的振幅變化，圖像來源于相位變化

在放大倍數(shù)較低的情況下，TEM成像的對比度主要是由于材料的厚度和成分不同而引起電子吸收的不同然而，當(dāng)放大倍數(shù)較高時，復(fù)雜的波動會導(dǎo)致圖像亮度的不同，因此我們需要專業(yè)知識來分析得到的圖像利用不同的TEM模式，可以通過物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、晶體方方向、電子結(jié)構(gòu)、樣品引起的電子相移和通常的電子吸收來成像樣品

透射電子顯微鏡的優(yōu)缺點(diǎn)

　　透射電子顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)：

透射電子顯微鏡，我們可以看到材料的內(nèi)部，我們可以測量材料的晶格排列，我們可以看到1nm的大小與光學(xué)顯微鏡相比，用電子束代替可見光，用電磁透鏡代替光學(xué)透鏡，用熒光屏成像不可見電子束與光學(xué)顯微鏡相比，用電子束代替可見光，用電磁透鏡代替光學(xué)透鏡，用熒光屏成像不可見電子束由于電子通常很短，TEM的分辨率遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡，可以達(dá)到0.1-0.2nm，放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)萬到數(shù)百萬倍因此，TEM可以用來觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，甚至只觀察一個原子柱的結(jié)構(gòu)，比光學(xué)顯微鏡所可以觀察到的最小結(jié)構(gòu)是數(shù)萬次

　　透射電子顯微鏡的缺點(diǎn)：

在透射電子顯微鏡中，樣品必須在真空中觀察，所以不能觀察到活樣品在對樣本的處理過程中，可能會出現(xiàn)樣本所沒有的結(jié)構(gòu)，這就增加了后續(xù)圖像分析的難度透射電鏡只能觀察正常的薄試樣，電子束的穿透力很弱因此，電子顯微鏡所用的樣品必須制成厚度約為50nm的超薄切片，需要用超薄切片機(jī)來制作TEM樣品的制備需要很長時間同時，材料表面的結(jié)構(gòu)可能與材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不同，電子束可能通過碰撞和加熱破壞樣品如果樣品的狀況事先清楚，基本可以觀察到，沒有損傷另外，電子顯微鏡的購置和維修價格也比較高TEM樣品制備時間長

透射電子顯微鏡的發(fā)展趨勢

近年來，透射電鏡技術(shù)發(fā)展迅速Tem在材料科學(xué)和生物學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用它也是物理學(xué)和其他相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的一種重要的分析方法

在材料科學(xué)領(lǐng)域，利用透射電鏡可以在納米和微區(qū)觀察材料的形貌、確定其組成和分析其結(jié)構(gòu)，可以提供大量與多相催化性質(zhì)相關(guān)的信息，指導(dǎo)新型工業(yè)催化劑的開發(fā)獲得了中納米催化劑的結(jié)構(gòu)信息，并對多相催化催化劑進(jìn)行了表征，在礦物加工利用中也有很大的應(yīng)用在文獻(xiàn)生物學(xué)中，透射電鏡可以觀察到小于0.2μm的細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)，從而可以在分子水平上對果蔬樣品進(jìn)行進(jìn)一步的研究；透射電鏡可以用來確定最佳采摘期、采摘后的貯藏條件選擇合適的保鮮方法等。在物理學(xué)領(lǐng)域，透射電子顯微鏡用于半導(dǎo)體研究

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