搞懂TEM明场/暗场像，轻松解析材料微观结构！

在透射电子显微镜（TEM）分析中，形貌图是观察材料微观结构（晶体形貌、缺陷分析、相分布情况等）的核心手段。TEM形貌成像的本质是利用电子束穿过样品后，因样品不同区域的厚度、原子序数、晶体取向差异，导致电子的散射/衍射强度不同，最终导致荧光屏或探测器上形成有明暗衬度的图像。

根据成像原理和分析侧重点不同，TEM形貌图可以分为明场像（Bright Field Image）与暗场像（Dark Field Image）。

图1 明场像与暗场像

明场像：用物镜光阑选取透射束进行成像

暗场像：用物镜光阑选取衍射束进行成像

中心暗场像（Center Dark Field）：物镜光阑保持在光轴上，用偏转线圈将选定的衍射束偏转到荧光屏中心，用通过物镜光阑的衍射束成像。

图2 TEM中明场像、暗场像及中心暗场像成像示意图

明场像是TEM中最常用的形貌观察像，其原理是用未与样品发生散射的电子（透射束）进行成像。样品“电子未散射/弱散射区”呈亮区，“强散射区”呈暗区。

应用场景：

形貌观察：区分不同晶粒，进行晶粒尺寸统计；

图3 金属样品的形貌观察

缺陷观察：晶体发生畸变时，畸变区域的晶体学取向会发生变化，因此存在衬度差异。

图4 层错的明场像

初步识别样品中的第二相：基体与第二相衍射条件一般不同，因此可以在明场下观察第二相的尺寸及分布情况。

图5 合金内第二相分布图

与明场像相反，其原理是用被样品特定区域散射或衍射的电子（衍射束）成像，从而突出样品的特定物相/取向。

与明场像的区别：

在明场像中，满足布拉格条件的位置呈现暗衬度，不满足布拉格条件的位置则呈现亮衬度。

在暗场像中，暗场像的衬度与衍射束有关，任一衍射束均可用于暗场成像。

应用场景：

缺陷与第二相的成像：当第二相与基体完全共格时，明场像下的两相衬度区分不明显，此时就需要用暗场像显示第二相的形貌和尺寸特征。

图6 完全共格合金内析出相的中心暗场像

析出相的区分：样品内多种析出相通过选取不同衍射束进行暗场成像，可以将不同析出相区分。

图7 样品内不同析出相的区分