原理
透射电镜主要基于电子束与超薄样品相互作用的原理。其利用电子加速枪产生一束高能电子束，经过一系列电磁透镜聚焦和准直后，照射到超薄样品上。电子束穿过样品后，样品中不同区域的原子对电子的散射和吸收程度不同，导致透过样品后的电子束强度分布发生变化。这些变化的电子束投射到荧光屏或探测器上，形成具有不同明暗对比度的图像，反映出样品内部微观结构的差异。
透射电镜的组成
1. 电子光学系统
电子枪：用于发射电子。常见的电子枪有热发射电子枪和场发射电子枪。热发射电子枪依靠加热钨丝或六硼化镧等材料，使电子获得足够的热能而逸出表面；场发射电子枪则是在高电场作用下，使电子隧穿材料表面的势垒而发射出来。场发射电子枪具有亮度高、发射电流稳定等优点，能够提供更高质量的电子束。
电磁透镜系统：包括聚光镜、物镜、中间镜和投影镜等。这些透镜通过电磁线圈产生磁场，对电子束进行聚焦和成像。聚光镜主要用于控制电子束的束斑大小和强度；物镜是透射电镜中最重要的透镜，它将穿过样品的电子束进行第一次聚焦成像；中间镜和投影镜则用于进一步放大图像并将其投射到成像平面上。
2.真空系统
为了保证电子束能够在无干扰的环境中传播，以及防止样品被氧化或污染，透射电镜需要一个高真空环境。真空系统一般由机械泵、扩散泵或涡轮分子泵等组成。机械泵用于初步抽真空，将电镜腔体内的真空度降低到一定程度；扩散泵或涡轮分子泵则进一步提高真空度，使电镜内部维持在10-4–10-5Pa 甚至更低的高真空状态。
3.电源系统
提供电子枪的加速电压和电磁透镜的励磁电流，以及各种控制和调节电路所需的电源。电源的稳定性对于保证电子束的稳定性和成像质量至关重要。
4.样品室
是放置样品的区域，通常带有样品台。样品台可以进行多种运动，如旋转、倾斜和平移等操作，以便从不同角度和位置对样品进行观察。一些高级的样品台还具有加热、冷却或原位反应等功能，用于研究样品在特定条件下的微观结构变化。
5. 成像记录系统
使用电荷耦合器件（CCD）相机或互补金属氧化物半导体（CMOS）相机等探测器来记录图像。这些探测器将电子信号转换为数字信号，然后在计算机上显示和存储图像，便于后续的图像分析和处理。
透射电镜的基本用途
1、晶体学领域
可用于研究晶体材料的微观结构，如晶体的原子排列、晶格缺陷（包括点缺陷、线缺陷和面缺陷）等。通过分析晶格条纹的间距和取向，可以确定材料的晶体相和晶体取向。例如，在半导体材料研究中，透射电镜可以观察硅晶片中的位错分布，这对于理解材料的电学性能和力学性能具有重要意义。对于非晶态材料，透射电镜可以研究其原子短程有序结构和密度涨落等情况，帮助人们深入了解非晶态材料的性质和形成机制。
2. 生物学领域
在细胞生物学中，透射电镜可以用于观察细胞的超微结构，如细胞膜、细胞核、线粒体、内质网、高尔基体等细胞器的形态和结构。能够清晰地看到细胞器的膜结构、内部的微细颗粒和纤维等成分，有助于理解细胞的功能和生命活动过程。
在微生物学方面，可用于观察细菌、病毒等微生物的形态、大小和结构。例如，可以分辨病毒的衣壳形态、核酸的存在位置等，对于病毒的分类和研究其感染机制具有关键作用。
3. 冶金领域
用于研究合金的微观组织，如合金中的相组成、相界面结构、析出相的形状和分布等。通过分析这些微观结构，可以解释合金的宏观性能，如强度、韧性、耐腐蚀性等，并为合金的设计和改进提供依据。
4.纳米技术领域
对于纳米材料的制备和研究，透射电镜是不可或缺的工具。它可以观察纳米颗粒的粒径大小、形状、结晶性以及纳米结构的组装情况。例如，在碳纳米管的研究中，透射电镜可以观察碳纳米管的管径、管壁层数、缺陷情况等，从而为纳米材料的应用开发提供详细的结构信息。
具体的一个操作步骤：
1、制样
粉末制样法：选择合适的支持膜
制备悬浮液：将粉末样分散至液体介质（水或无水乙醇）中，超声振荡10-30min，使其均匀分散，
滴加样品：用玻璃毛细管吸取少量悬浮液，滴加到铜网上，等待溶剂挥发。
干燥处理：在干燥时，可以采用红外灯进行照射干燥。
2. 块状样品的制备
电解减薄法（适用于金属和合金）
切割和研磨：将块状样品切割成约0.3mm厚的薄片，用金刚砂纸机械研磨至约100μm厚。
冲片：将薄片冲成直径3mm的圆片。
电解减薄：将圆片放入电解减薄仪中，选择合适的电解液和参数，进行双喷减薄，直至中心穿孔。
清洗和干燥：减薄完成后，迅速取出样品，用无水乙醇清洗，干燥备用。
离子减薄法（适用于陶瓷、半导体等）
切割和研磨：将样品切割成薄片，用金刚砂纸研磨至约100μm厚。
制备凹坑：在圆片中央部位磨出一个凹坑，深度约50~70μm。
离子减薄：将样品放入离子减薄仪中，根据材料特性选择合适的参数进行减薄，通常需要2~3天。
清洗和干燥：减薄完成后，用丙酮清洗样品，干燥备用。
3. 生物样品的制备
固定：生物样品需要先进行固定处理，常用2.5%戊二醛进行前固定。
脱水和渗透：经过梯度脱水处理，通常使用乙醇或丙酮。
包埋：将样品包埋在树脂中，常温或恒温聚合。
切片：使用超薄切片机将包埋好的样品切成超薄切片（厚度约50~100nm）。
染色：对切片进行染色，常用铀酸盐和铅酸盐。
4. 注意事项
样品厚度：透射电镜样品的厚度通常需要在100nm以下，高分辨电镜样品厚度需小于10nm。
导电性：非导电样品需要喷碳或喷金处理，以防止电荷积累。
防止污染：在制样过程中，要严格防止样品被污染，确保样品的结构和性质不发生改变。
观察：
多杆可以转入4个样品，单杆只能装1个样品。
但是多杆只能放大到30k，单杆可以放大到50k。
在荧光屏中找样：在放入样品以后，可以根据铜网与隔膜的清晰度来进行评估粒子高度，调清楚为主。
调节粒子高度：随后在每个铜网中寻找样品（此时的倍率应该在8-12k左右），找到粒子以后在进一步调整粒子高度，使得粒子在荧光屏中更加清晰。找到样品以后将荧光屏抬上去。
调光强：在操作屏幕上点击view后，将鼠标放在照片处，能显示出此时的光强，并将光强调节在500-800左右。
聚焦：在样品拍照时，黑边太明显则是过焦，白边太多欠焦，可以回来一点。在拍照时，使得样品稍微带有点白边即可。如同。可以之后点击capture。拍照好之后按ctrl+l，能看到所有拍的照片。随后保存即可。
拍完后记得将view关掉，将荧光屏放下去再去找样品，也可以直接找样，这样比较慢。
铜网规格：
可以调节粒子高度进一步让荧光屏中的点聚集在一起。
拍晶格：将样品放大至20w左右，聚焦清楚后在按照图中的操作换到傅立叶晶格模式，随后再继续放大，（500k）50w倍左右即可看到晶格
保存步骤：
注意保存好以后一定要将拍摄的文件删除，要不然下次拍摄还是在一个文件下。
本文源自微信公众号：重要的读书笔记
原文标题：《透射电镜的操作》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/MqOUfsweXzjgxZq7W_vcCg
