TEM分析技术的特点及独特优势

TEM成像原理与普通的光学显微镜原理类似，只是用电子束作为光源，聚焦投射到非常薄的样品上，透过样品的透射电子束或衍射电子束所形成的图像来分析样品内部的微观组织结构。以下动图可简单演示成像过程。

通常透射电子显微镜主要由电子光学系统、真空系统和电气控制系统三部分组成。

•  电子光学系统  

• 透射电镜的电子光学系统通常称为镜筒，是透射电镜的核心，其中包括照明系统、成像系统和图像观察系统三部分组成。

• 照明系统主要由电子枪和聚光镜两部分组成，电子枪是透射电镜的电子源，而聚光镜用来汇聚电子枪射出的电子束，以最小的损失照明样品，调节照明强度、孔径角和束斑大小。

   

• 成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成，通过改变中间镜放大倍数可以在相当范围（2000倍~200000倍）内改变电镜的总放大倍数。

   

• 图像观察记录系统用来观察和拍摄经成像和放大的电子图像，该部分由荧光屏、照相盒、望远镜（长工作距离的立体显微镜）。望远镜一般放大5~10倍，可观察电子图像中的更小的细节和进行精确聚焦。

•  真空系统 

• 电子显微镜镜筒具有很高的真空度，防止电子枪中产生气体电离和放电、灯丝受到氧化或腐蚀以及高速电子受到气体分子的随机散射降低成像并污染样品。

•  电气控制系统  

• 电气控制系统由灯丝电源和高压电源、各磁透镜的稳压稳流电源及电气控制电路三部分组成，使电子枪稳定的高能照明电子束，让磁透镜具有高的稳定性及控制真空系统等作用。

　　透射电镜的主要性能指标是分辨力、放大倍数和加速电压。

•  分辨力  

• 分辨力是透射显微镜的主要技术指标，它表征了电镜显示亚显微组织、结构细节的能力。透射电镜的分辨力由两个指标表示分别是点分辨力和线分辨力，而分辨力指标能力与样品台有关，目前，选用的顶插式样品台的点分辨力为0.23nm~0.25nm，线分辨力为0.104~0.14nm。

•  放大倍数  

• 透射电镜的放大倍数是指电子图像对于所观察试样区的线性放大率。目前高性能透射电镜的放大倍数变化范围为100到80万倍。但对于很小细节的观察都是用电镜放大几十万倍在荧光屏上成像，通过电镜附带的长工作距离立体显微镜进行聚焦和观察，或用照片底板记录下来，经光学放大成人眼可以分辨的照片。

•  加速电压  

• 电镜的加速电压是指电子枪的阳极相对于阴极的电压，它决定了电子枪发射的电子的波长和能量。加速电压高，电子束对样品的穿透能力强，可以观察较厚的试样，同时有利于电镜的分辨力和减小电子束对试样的辐射损伤。根据需要可以选用不同加速电压进行操作，目前普通透射电镜的最高加速电压一般为100KV和200KV。

• 电子图像（正空间信息）  

• 直接观察微观形貌、粒径、结构缺陷、晶相分布、组成物质的原子团（结构像）或原子（原子像）

• 电子衍射（倒空间信息）  

• 晶体结构分析，晶体缺陷分析

•  成分分析  

• X射线能谱（EDS）；

• 特征电子能量损失谱（EELS）

•  电子全息  

• 三维重构  

• 原位技术  

• 原位研究物质的生长和化学反应；

• 原位研究物质性质；

• 纳米制造和单原子操纵；

• 制备纳米器件；

　　透射电镜主要应用在材料科学及生物科学的研究。

•  材料科学应用举例  

• 观察石墨烯中碳原子的六圆环结

•  生物科学应用举例  

• CAN基因中金属离子的尺寸及分布