透射電鏡全稱(chēng)透射電子顯微鏡。是利用高能電子束充當(dāng)照明光源而進(jìn)行放大成像的大型顯微分析設(shè)備，透射電鏡是一種具有高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)等研究領(lǐng)域。

透射電鏡是什么

　　透射電鏡是以波長(zhǎng)極短的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。透射電鏡是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上(片狀<100nm，顆粒<2um)，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。圖片的明暗不同(黑白灰)與樣品的原子序數(shù)、電子密度、厚度等相關(guān)。成像方式與光學(xué)顯微鏡相似，只是以電子代替光子，電磁透鏡代替玻璃透鏡，放大后的電子像在熒光屏上顯示出來(lái)。

　　透射電鏡按加速電壓分類(lèi)，通?？煞譃槌Ｒ?guī)電鏡(100kV)、高壓電鏡(300kV)和超高壓電鏡(500kV以上)。提高加速電壓，可提高入射電子的能量，一方面有利于提高電鏡的分辨率;同時(shí)又可以提高對(duì)試樣的穿透能力。

透射電鏡的工作原理

　　透射電鏡是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件(如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件)上顯示出來(lái)。

　　由于電子的德布羅意波長(zhǎng)非常短，透射電鏡的分辨率比光學(xué)顯微鏡高的很多，可以達(dá)到0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬(wàn)～百萬(wàn)倍。因此，使用透射電鏡可以用于觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結(jié)構(gòu)，比光學(xué)顯微鏡所能夠觀察到的Z小的結(jié)構(gòu)小數(shù)萬(wàn)倍。透射電鏡在中和物理學(xué)和生物學(xué)相關(guān)的許多科學(xué)領(lǐng)域都是重要的分析方法，如癌癥研究、病毒學(xué)、材料科學(xué)、以及納米技術(shù)、半導(dǎo)體研究等等。

　　在放大倍數(shù)較低的時(shí)候，透射電鏡成像的對(duì)比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成對(duì)電子的吸收不同而造成的。而當(dāng)放大率倍數(shù)較高的時(shí)候，復(fù)雜的波動(dòng)作用會(huì)造成成像的亮度的不同，因此需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)對(duì)所得到的像進(jìn)行分析。通過(guò)使用TEM不同的模式，可以通過(guò)物質(zhì)的化學(xué)特性、晶體方向、電子結(jié)構(gòu)、樣品造成的電子相移以及通常的對(duì)電子吸收對(duì)樣品成像。

　　透射電鏡的成像原理可分為三種情況：

　　吸收像：當(dāng)電子射到質(zhì)量、密度大的樣品時(shí)，主要的成相作用是散射作用。樣品上質(zhì)量厚度大的地方對(duì)電子的散射角大，通過(guò)的電子較少，像的亮度較暗。早期的透射電鏡都是基于這種原理。

　　衍射像：電子束被樣品衍射后，樣品不同位置的衍射波振幅分布對(duì)應(yīng)于樣品中晶體各部分不同的衍射能力，當(dāng)出現(xiàn)晶體缺陷時(shí)，缺陷部分的衍射能力與完整區(qū)域不同，從而使衍射波的振幅分布不均勻，反映出晶體缺陷的分布。

　　相位像：當(dāng)樣品薄至100?以下時(shí)，電子可以穿過(guò)樣品，波的振幅變化可以忽略，成像來(lái)自于相位的變化。

透射電鏡的構(gòu)成

　　透射電鏡系統(tǒng)由以下幾部分組成：

　　電子槍?zhuān)喊l(fā)射電子，由陰極、柵極、陽(yáng)極組成。陰極管發(fā)射的電子通過(guò)柵極上的小孔形成射線(xiàn)束，經(jīng)陽(yáng)極電壓加速后射向聚光鏡，起到對(duì)電子束加速、加壓的作用。

　　聚光鏡：將電子束聚集，可用已控制照明強(qiáng)度和孔徑角。

　　樣品室：放置待觀察的樣品，并裝有傾轉(zhuǎn)臺(tái)，用以改變?cè)嚇拥慕嵌?，還有裝配加熱、冷卻等設(shè)備。

　　物鏡：為放大率很高的短距透鏡，作用是放大電子像。物鏡是決定透射電鏡分辨能力和成像質(zhì)量的關(guān)鍵。

　　中間鏡：為可變倍的弱透鏡，作用是對(duì)電子像進(jìn)行二次放大。通過(guò)調(diào)節(jié)中間鏡的電流，可選擇物體的像或電子衍射圖來(lái)進(jìn)行放大。

　　透射鏡：為高倍的強(qiáng)透鏡，用來(lái)放大中間像后在熒光屏上成像。

　　此外透射電鏡還有二級(jí)真空泵來(lái)對(duì)樣品室抽真空、照相裝置用以記錄影像。