透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种利用高能电子束穿透样品后，通过电子与样品原子的相互作用产生的信号来成像的高分辨率显微分析设备，其分辨率可达亚埃级（1Å = 0.1nm），能够直接观察到材料的原子排列、纳米尺度结构及生物大分子的精细形态。TEM广泛应用于多个学科与工业领域，本文将详细介绍TEM的工作原理及在各个领域中的应用。
TEM工作原理
TEM核心工作原理为电子枪发射的电子束经聚焦后穿透超薄样品（纳米级），样品不同区对电子的吸收和散射程度不同，最终在探测器上形成反映样品内部结构的高分辨图像，同时还可以结合各类仪器实现元素成分与晶体结构的同步表征。
图1 TEM工作原理图
TEM的主要应用领域
透射电镜因其超高分辨率和多功能性，在众多领域得到了广泛的应用。
材料科学：
可用于观察金属、陶瓷、半导体、纳米材料（如量子点、纳米管）的微观结构、缺陷（如位错、空位）及界面特征，为材料性能优化与新型材料研发提供关键依据。
图2 陶瓷材料的高分辨TEM图与对应的选取电子衍射图谱和EDS-Mapping图。TEM的成像的多样性同步提供材料的元素成分分布和晶体结构信息
（DOI：10.1016/j.triboint.2021.106883）
生命科学：
通过对生物样品（如病毒、细菌、细胞超薄切片、蛋白质复合物）的成像，助力研究生物大分子组装、细胞亚显微结构及病原体形态，推动疾病机制与药物作用靶点的探索。
图3 利用冷冻透射电子显微镜（Cryo-TEM）研究单颗粒蛋白质结构（DOI：10.1016/j.str.2025.07.007）
地质与环境科学：
TEM可分析矿物的微观形貌、黏土颗粒的聚集状态及环境污染物（如纳米级重金属颗粒）的存在形式，为地质演化研究与环境污染治理提供微观证据。
图4 利用TEM技术对花岗岩中的长石晶内微观结构的研究。（DOI：10.1007/s00410-012-0772-2）
工业检测领域：
TEM常用于半导体芯片的纳米级缺陷检测、金属材料的失效分析（如观察断裂面的微观结构以判断失效原因），保障高精度工业产品的质量与可靠性。
图5 二维TMD晶体管的微观形貌及成分分布图
本文源自微信公众号：中材新材料
原文标题：《亚埃级 “微观透视眼”！一文读懂透射电镜的原理与多领域应用》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/cKrds6COoazRIEDCRiwBbA
本转载仅出于分享优质测试干货，旨在传递更多观点，并不代表赞同其全部观点或证实其内容的真实性。文章中所包含的图片、音频、视频等素材的版权均归原作者所有。如有侵权请告知删除。
