透射电子显微镜技术

　　透射电子显微镜是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备，透射电镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。

透射电子显微镜简介

　　透射电子显微镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件(如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件)上显示出来。

　　透射电子显微镜的发展要追溯到很久以前，diyi台透射电子显微镜由马克斯·克诺尔和恩斯特·鲁斯卡在1931年研制，这个研究组于1933年研制了diyi台分辨率超过可见光的透射电子显微镜，而diyi台商用透射电子显微镜于1939年研制成功。

透射电子显微镜成像的原理

　　透射电子显微镜由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上;透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多;经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，Z终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上;荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。

　　透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：

　　①吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。早期的透射电子显微镜都是基于这种原理。

　　②衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。

　　③相位像：当样品薄至10nm以下时，电子可以穿过样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。

　　在放大倍数较低的时候，透射电子显微镜成像的对比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成对电子的吸收不同而造成的。而当放大率倍数较高的时候，复杂的波动作用会造成成像的亮度的不同，因此需要专业知识来对所得到的像进行分析。通过使用透射电子显微镜不同的模式，可以通过物质的化学特性、晶体方向、电子结构、样品造成的电子相移以及通常的对电子吸收对样品成像。

透射电子显微镜的优缺点

　　透射电子显微镜的优点：

　　透射电子显微镜，可以看到材料的内部，并且可以对材料的晶格排列进行测量，可以看到1nm的尺寸。与光镜相比电镜用电子束代替了可见光，用电磁透镜代替了光学透镜并使用荧光屏将肉眼不可见电子束成像。与光镜相比电镜用电子束代替了可见光，用电磁透镜代替了光学透镜并使用荧光屏将肉眼不可见电子束成像。由于电子的德布罗意波长非常短，透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构，比光学显微镜所能够观察到的Z小的结构小数万倍。

　　透射电子显微镜的缺点：

　　透射电子显微镜中样本必须在真空中观察，因此无法观察活样本。在处理样本时可能会产生样本本来没有的结构，这加剧了此后分析图像的难度。透射电子显微镜只能观察非常薄的样本，电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片，这种切片需要用超薄切片机制作。以及透射电子显微镜样品准备是需要的时间长。同时物质表面的结构有可能与物质内部的结构不同，电子束可能通过碰撞和加热破坏样本。假如事先对样本的情况比较清晰的话则可以基本上进行不破坏的观察，此外电子显微镜购买和维护的价格都比较高。透射电子显微镜的样品准备是需要很长很长时间的。

透射电子显微镜的发展趋势

　　近些年来透射电子显微镜技术发展迅速，透射电子显微镜在材料科学、生物学这两个领域应用比较多，在物理学以及其他相关的一些科学领域也是重要的分析方法。

　　在材料科学领域，透射电子显微镜可以在材料的纳米、微米区域进行物相的形貌观察、成分测定和结构分析，可以提供多相催化的本质有关的大量信息，指导新型工业催化剂的开发;还可以获取催化剂中纳米结构信息，表征多相催化剂方面;同时在矿物加工与利用的方面也有很大应用。在生物学领域，透射电镜技术可观察到小于0.2μm的细胞的超微结构，从而可在分子层面对果蔬样品进行更深入的研究;透射电镜技术可以应用于确定果蔬的Z佳采摘期、采后贮藏条件以及选择适宜的保鲜方法等方面。在物理学领域，透射电子显微镜被用于半导体的研究。