TEM、SEM、HRTEM如何选择？

TEM、SEM、HRTEM的区别

 

我们在进行选择的时候，核心逻辑应该是是“明确研究目标→结合样品特性→匹配仪器核心能力”。

下面将从三者核心差异切入，结合具体场景给出选择方案，科研小白也能快速对应需求。

先搞懂三者的“核心差异”：一张表理清关键区别

图1：SEM和TEM的基础构造对比。

图2：电子束与样品的相互作用及产生的各种信号。

选择的“黄金三步法”

这是最核心的筛选维度，直接区分SEM与TEM/HRTEM：

1、判断纳米颗粒是否团聚（看颗粒表面的聚集状态）、观察材料断面的断裂形貌、检查薄膜表面是否有针孔/划痕——这些“只需要看样品表面特征”的场景，SEM是首选，且样品不用切薄，效率高。

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3：羟基磷灰石纳米粉末团聚体的SEM图像。

图4：SWCNT/SiOxNy复合薄膜在不同固化条件下产生划裂痕的SEM图像。

2、想看纳米颗粒是否有核壳结构（壳层包裹在核心外，需穿透样品才能看到）、分析复合材料中增强相在基体中的分布（增强相嵌在内部，表面看不到）、检查晶体内部是否有位错（位错是内部晶格缺陷）、晶体的晶体结构是怎样的——这些“表面看不到，必须‘看透’样品”的场景，只能用TEM/HRTEM。

图5：Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS, and Au@Ni3S4核壳结构的TEM图像。

图6：Cu/C 核/壳纳米颗粒的TEM像及HRTEM图像。DOI: 10.7498/aps.62.108102。

TEM/HRTEM都需要超薄样品（＜200 nm），如果样品“难切薄”，可能需要调整方案：

样品易做超薄（如粉末、薄膜、生物切片）→可选TEM/HRTEM

粉末样品（如纳米颗粒）可超声分散在铜网支持膜上（自然形成超薄层）、薄膜样品（如100 nm厚的半导体薄膜）可直接用（本身已满足厚度要求）、生物样品（如细胞）可做超薄切片（厚度50-100 nm）——这类样品可满足制样条件，适合TEM/HRTEM。

若样品难以达到超薄状态，需先评估制样可行性。

块状铝合金、陶瓷块体，需用FIB、离子切削等方式制备超薄切片（厚度＜100 nm），制样成本高、耗时长，如果研究目标集中于宏观裂纹、断面粗糙度等表面特征，SEM更具性价比。

注意：如果样品是“电子束敏感材料”（如MOFs、有机晶体），即使样品可制备成薄片，也建议使用低剂量成像模式（如Cryo-TEM或Low-dose TEM），以避免电子束对微孔结构的破坏。

图7：离子减薄过程中，薄片在钼载网上抛光和凹坑研磨。

1、只需看“微米级细节”（如材料表面的孔隙分布、晶粒大小＞1μm）→选SEM；

2、需要看“纳米级细节”（如纳米颗粒的尺寸＜100nm、薄膜的层间厚度）→选TEM；

3、必须看“亚纳米甚至原子级细节”（如晶格条纹、原子排列缺陷、界面处的原子配位）→选HRTEM或球差电镜。

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8：钙锰矿型二氧化锰内部的原子级纳米结构图像。

总结

 

选择的本质是“不选贵的，只选对的”：

看表面→SEM（简单快）；

看内部+纳米级→常规TEM（平衡分辨率与难度）；

看内部+原子级→球差+HRTEM（高分辨刚需）。

最后，若仍不确定选用哪种设备，建议与实验室电镜平台工程师沟通，提供样品类型、预期观察结构及研究目的（“我的样品是XX，想看到XX特征，哪种仪器更合适？”），他们通常可据此推荐最适合的成像方案。

本文源自微信公众号：材料科学圈

原文标题：《TEM、SEM、HRTEM如何选择？》

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