小课堂 | 常做的透射电镜你了解吗？(三）

上期我们了解了球差、色散和像散等会限制电子显微镜的分辨率，那在测试过程中这些问题是如何解决的呢？

色差：电子枪发射的电子存在能量发散（电子能量差异），参加成像的电子波长起伏很小，致使不同波长电子经过透镜时焦距不等，将在像平面获得散焦斑。

解决方法：能量过滤器（仅让单一波长的电子成像）。

像散：由于电磁透镜的磁场非旋转对称引起（磁场非轴对称），各个方向对电子的折射能力不同，会得到图像模糊的散焦斑。

解决方法：消像散器，一组强度与方向都可以调节的附加透镜磁场，可产生一个与像散大小相当、方向相反的磁场来抵消透镜的像散。

球差：球面像差，是由于电子在磁透镜中心区与边沿区折射能力的差异所造成。

解决方法：球差校正器。

基于此，利用球差校正装置扮演凹透镜修正球差的透射电镜即为球差透射电镜。

球差校正透射电镜随着纳米材料的兴起而进入普通研究者的视野。超高的分辨率配合诸多的分析组件使 AC-TEM 成为深入研究纳米世界不可或缺的利器。

由于 TEM 分为普通的 TEM 和用于精细结构成像的 STEM，故球差电镜也可分为 AC-TEM（球差校正器安装在物镜位置） 和 AC-STEM（球差校正装置安装在聚光镜位置）。此外，还有在一台 TEM 上同时安装两个校正器，同时校正汇聚束和成像的双球差校正 TEM。

相比传统 TEM，AC-TEM 有效削减了像差，分辨率显著提高。传统 TEM、STEM 的分辨率在纳米、亚纳米级，而 AC-TEM 和 AC-STEM 的分辨率则能够达到埃级和亚埃级别。

分辨率的提高意味着能够对材料进行更精细更准确的结构表征。

1、TEM 模式

低倍形貌像、高分辨像、衍射、会聚束衍射、纳米束衍射，EFTEM（配 GIF 系统），高分辨图像透射束和衍射束的相干像，衬度与焦聚有关，如果要解析原子结构像，样品要求较薄，现在使用不多。但如果想做原位电子显微学研究，一般都在此模式下进行。收集图像的设备是 CCD。

2、STEM 模式

该模式下，可以使用各种明场和暗场探头收集各种图像。收集图像种类有 HADDF、LADDF、BF、ABF（JEOL），它优势是得到的原子结构像，像的衬度与原子序数有关，处理数据简单。EDS 和 EELS 线扫描和面扫描都需要在此模式下进行。

3、EELS（电子能量损失谱）：

能量分辨率 0.7ev，理论上 Li 之后可以测。C、N、O、F、Mn、Fe、Ni、Cu 等这些元素多些，但有些元素在高能区，不好测。

4、HRTEM（高分辨像）

用于观察晶体的内部结构，原子排布和位错，孪晶的精细结构。高分辨像即相位衬度像，它是参与成像的所有衍射束和透射束之间由于相位差所产生的干涉图像。

5、Mapping（EDS/EDX）

用以得到合金，纳米管和壳体材料中元素的分布情况，然后协助物相鉴定或者结构分析。

6、会聚束电子衍射花样（CBED）

入射电子以非平行光入射样品并发生衍射时，物镜后焦面上的透射斑和衍射斑均扩展为圆盘，而圆内的各种衬度花样将反应样品晶体结构的三维信息。会聚束主要应用于晶体对称性、晶体点阵参数、薄晶片厚度、晶体和准晶体中位错矢量的测量及材料应变场研究。

7、选区电子衍射花样（SAED）

在晶体结构分析、晶格参数测定和辅助物相鉴定中得到应用。