專業課知識之透射電子顯微分析

相比於之前所說的掃描電子顯微分析，透射電子顯微分析（TEM）是一種具有更高解析度、更高放大倍數的顯微分析方法，是觀察分析材料的形貌、組織和結構的有效工具。相比於掃描電鏡（SEM），其操作步驟更為繁瑣，儀器結構更為複雜，記得老師曾經這樣說過：SEM分析基本上三天時間便能掌握，但想要熟練掌握TEM分析，至少需要一個月時間。

雖然TEM的操作繁瑣，但是其所涉及的基本原理及知識點卻較為簡單，在此後的幾期中，我將對TEM的重點難點做出較為詳細的說明。

透射電鏡的工作原理：透射電鏡以電子為照明束，由電子槍發射出來的電子，在陽極加速電壓作用下，經過聚光鏡，會聚為電子束照明樣品，穿過樣品的電子攜帶了樣品本身的結構信息，經物鏡，中間鏡和投影鏡聚焦放大，最終以圖像或衍射譜的形式顯於熒光屏上，其具體實物圖片如下圖所示，可見其結構之複雜：

在此需要說明一下透射電鏡的基本結構組成：其主要由光學成像系統、真空系統以及電氣系統三部分組成，光學成像系統包括產生電子束的電子槍以及使得電子束匯聚的放大系統，成像放大系統主要由物鏡、中間鏡以及投影鏡所組成，三者距離所觀察物質的距離越來越遠，起到逐級放大功能，三者之中，物鏡的解析度對於整個成像系統的解析度影響最大。

透射電鏡中，所有的顯微像都是襯度像，透射電鏡的像襯度來源於樣品不同部位對入射電子束的散射：當電子波穿越樣品時，不同部位其振幅和相位都將發生變化，這些變化都可以產生像襯度，透射電鏡像襯度從根本上可分為振幅襯度和相位襯度，需要掌握的是振幅襯度，振幅襯度有兩個基本類型：質厚襯度和衍射襯度，它們分別是非晶體樣品襯度和晶體樣品襯度的主要來源，下圖為透射電鏡的形貌圖，由此可見其明暗分布：

非晶體樣品透射電子顯微圖像襯度是由於樣品不同微區間存在原子序數或厚度的差異而形成的，即質量厚度襯度，簡稱質厚襯度。樣品上原子序數較高或樣品較厚的區域（較黑）相比於原子序數較低或樣品較薄的區域（較亮）將使更多的電子散射而偏離光軸；衍射襯度是由於試樣各部分滿足布拉格方程條件的程度不同以及結構振幅不同而產生的。

需要注意的時候，相比於掃描電鏡，透射電鏡不僅可以進行表觀形貌分析，同時可以進行晶體結構分析，結構分析主要利用的便是電子衍射理論，下圖為依據該理論所得到的電子衍射圖：

與X射線相比較，電子束具有波長更短、容易受到物質散射等優勢，較短的波長造成其布拉格角度非常小，入射線與散射線基本處於同一水平線上，同時使得單晶的電子衍射譜與晶體倒易點陣的二維界面非常類似，這為其產生衍射像提供依據；而正是由於其易於受到物質散射的特點，導致電子束穿透能力很弱，只能用於表面分析，正因與此，掃描電鏡的樣品在觀察之前要進行好幾步減薄處理。

接下來，我將對透射電鏡的樣品製備方法、電子衍射像分析等作出闡釋，希望你們能夠持續關注。

在此說明一下之後幾期的規劃：個人打算在透射電鏡知識點分享完之後說起英語閱讀及英語作文的經驗技巧，同時對於政治複習技巧也會再進行一次更新，更新時間基本定在周三晚以及周天晚。

最後，附上自己的宣傳圖，如果可以的話，分享給身邊你認為會用到的人。

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