TEM高分辨像（HRTEM，High-Resolution TEM Image）是利用电子束的相位衬度成像，能直接呈现材料原子级微观结构的TEM核心表征技术。其凭借原子级的分辨率，在陶瓷、合金、纳米材料等多个材料科学领域，为微观结构分析与性能机制研究提供了关键支撑，以下是具体应用案例：
陶瓷材料领域
氧化铝晶界研究：在稀土掺杂氧化铝的研究中，科研人员借助HRTEM清晰观察到晶界处的原子排列状态。发现掺杂稀土元素后，晶界区域出现连续的晶格条纹，这表明晶界附近晶体结构发生松弛，且稀土元素的偏析仅局限在晶界约1纳米的范围内。
图1 (a)未掺杂和(b)稀土掺杂氧化铝晶界的示意模型；(c)未掺杂与(d)La掺杂的Al2O3晶界的HRTEM图注意(b,d)中稀土掺杂氧化铝显示出更宽的晶界区域
（DOI：10.1023/b:jmsc.0000045600.77776.08）
氧化铈晶界氧空位分析：针对氧化铈（CeO₂）薄膜的（001）倾转轴（210）Σ5 晶界研究中，结合 HRTEM 相关的 HAADF 和 ABF 成像技术，实现了对阳离子和氧离子原子排列的同步观测。通过图像分析发现，晶界中氧柱的灰色对比度比体相区域弱，这是因为晶界处氧柱密度更低，直观证实了晶界中氧空位的存在。
图2 ∑13孪晶沿着(a-c)[1-10]和(d-f)[11-4]方向的原子分辨率HAADF、ABF STEM图像和DFT原子结构
（DOI：10.1021/acs.nanolett.0c04564）
合金材料领域
Cu-Ni-Al形状记忆合金孪晶机制探究：科研人员利用 HRTEM 研究 Cu-Ni-Al单晶中2H马氏体的三种孪生模式（I型、II型和复合型）。通过 HRTEM 首次证实I型孪晶界存在拉伸与压缩两种不同应力态，且与高密度堆垛层错存在耦合关系；同时观察到复合孪晶以纳米尺度嵌入II型孪晶带内的层级结构。这些发现揭示了不同孪晶界原子结构差异是导致孪生应力剧烈变化的核心原因，为理解形状记忆合金的变形机制提供关键依据。
图3 (a-b) I型孪晶界面的HRTEM图像；(c) 平行II型孪晶的明场像及SAED花样；(d) [011]型II型孪晶单变体与基体的SAED花样；(e) 孪晶界面的HRTEM图像，虚线表示倾斜孪晶界与箔片表面的交线；(f) 18R马氏体的明场像；(g) HRTEM显示堆垛序列，插图为FFT，矩形框标记无缺陷区域
（DOI：10.1016/j.actamat.2021.117598）
纳米材料领域
金属有机骨架（MOF）材料原子级成像：UiO 66对电子束剂量高度敏感，常规成像易损坏结构。研究人员采用超低剂量HRTEM成像技术，结合低探针电流与专用探测器，成功实现了 UiO 66 的原子级成像。该案例证明 HRTEM 可在保护敏感材料结构的前提下完成微观表征，为这类新型多孔材料的结构研究与性能优化奠定基础。
图4 金属有机骨架 (MOF) UiO 66 的超低剂量成像（左）HRTEM成像及相应示意图；（右）FFT衍射图谱
半导体材料领域
单晶纳米线内嵌结构表征：中科院金属所团队为研发高温日盲紫外光电探测材料，制备出内嵌Pt纳米颗粒的单晶金刚石纳米线。利用 HRTEM 对该纳米线进行精细表征，从（011）晶带轴的 HRTEM 图像可见，外延金刚石层无孪晶、层错等缺陷，结晶质量优异；而（001）晶带轴下的HRTEM图像清晰呈现了铂与金刚石的界面状态。
图5 内嵌Pt纳米颗粒的单晶金刚石纳米线的微观表征：(a)低倍平面TEM图像；(b-d)横截面获得的Pt、C的EDS-mapping图像和选区电子衍射图像；(e)从[011]晶带轴获取的外延金刚石层的HRTEM图像；(f)从[001]晶带轴获取的Pt/金刚石界面处的HRTEM图像
（DOI：10.1007/s40820-025-01746-9）
本文源自微信公众号：中材新材料
原文标题：《原子级洞察！HRTEM 在陶瓷、合金等多材料领域的应用解析》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/7ryrkq2zEfCTbLHqSYo8wg
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