透射電子顯微鏡技術

　　透射電子顯微鏡是利用高能電子束充當照明光源而進行放大成像的大型顯微分析設備，透射電鏡是一種具有高分辨率、高放大倍數的電子光學儀器，被廣泛應用于材料科學等研究領域。

透射電子顯微鏡簡介

　　透射電子顯微鏡是把經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，從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，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。

　　透射電子顯微鏡的發展要追溯到很久以前，diyi臺透射電子顯微鏡由馬克斯·克諾爾和恩斯特·魯斯卡在1931年研制，這個研究組于1933年研制了diyi臺分辨率超過可見光的透射電子顯微鏡，而diyi臺商用透射電子顯微鏡于1939年研制成功。

透射電子顯微鏡成像的原理

　　透射電子顯微鏡由電子槍發射出來的電子束，在真空通道中沿著鏡體光軸穿越聚光鏡，通過聚光鏡將之會聚成一束尖細、明亮而又均勻的光斑，照射在樣品室內的樣品上;透過樣品后的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，樣品內致密處透過的電子量少，稀疏處透過的電子量多;經過物鏡的會聚調焦和初級放大后，電子束進入下級的中間透鏡和第1、第2投影鏡進行綜合放大成像，Z終被放大了的電子影像投射在觀察室內的熒光屏板上;熒光屏將電子影像轉化為可見光影像以供使用者觀察。

　　透射電子顯微鏡的成像原理可分為三種情況：

　　①吸收像：當電子射到質量、密度大的樣品時，主要的成相作用是散射作用。樣品上質量厚度大的地方對電子的散射角大，通過的電子較少，像的亮度較暗。早期的透射電子顯微鏡都是基于這種原理。

　　②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應于樣品中晶體各部分不同的衍射能力，當出現晶體缺陷時，缺陷部分的衍射能力與完整區域不同，從而使衍射波的振幅分布不均勻，反映出晶體缺陷的分布。

　　③相位像：當樣品薄至10nm以下時，電子可以穿過樣品，波的振幅變化可以忽略，成像來自于相位的變化。

　　在放大倍數較低的時候，透射電子顯微鏡成像的對比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成對電子的吸收不同而造成的。而當放大率倍數較高的時候，復雜的波動作用會造成成像的亮度的不同，因此需要專業知識來對所得到的像進行分析。通過使用透射電子顯微鏡不同的模式，可以通過物質的化學特性、晶體方向、電子結構、樣品造成的電子相移以及通常的對電子吸收對樣品成像。

透射電子顯微鏡的優缺點

　　透射電子顯微鏡的優點：

　　透射電子顯微鏡，可以看到材料的內部，并且可以對材料的晶格排列進行測量，可以看到1nm的尺寸。與光鏡相比電鏡用電子束代替了可見光，用電磁透鏡代替了光學透鏡并使用熒光屏將肉眼不可見電子束成像。與光鏡相比電鏡用電子束代替了可見光，用電磁透鏡代替了光學透鏡并使用熒光屏將肉眼不可見電子束成像。由于電子的德布羅意波長非常短，透射電子顯微鏡的分辨率比光學顯微鏡高的很多，可以達到0.1～0.2nm，放大倍數為幾萬～百萬倍。因此，使用透射電子顯微鏡可以用于觀察樣品的精細結構，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結構，比光學顯微鏡所能夠觀察到的Z小的結構小數萬倍。

　　透射電子顯微鏡的缺點：

　　透射電子顯微鏡中樣本必須在真空中觀察，因此無法觀察活樣本。在處理樣本時可能會產生樣本本來沒有的結構，這加劇了此后分析圖像的難度。透射電子顯微鏡只能觀察非常薄的樣本，電子束的穿透力很弱，因此用于電鏡的標本須制成厚度約50nm左右的超薄切片，這種切片需要用超薄切片機制作。以及透射電子顯微鏡樣品準備是需要的時間長。同時物質表面的結構有可能與物質內部的結構不同，電子束可能通過碰撞和加熱破壞樣本。假如事先對樣本的情況比較清晰的話則可以基本上進行不破壞的觀察，此外電子顯微鏡購買和維護的價格都比較高。透射電子顯微鏡的樣品準備是需要很長很長時間的。

透射電子顯微鏡的發展趨勢

　　近些年來透射電子顯微鏡技術發展迅速，透射電子顯微鏡在材料科學、生物學這兩個領域應用比較多，在物理學以及其他相關的一些科學領域也是重要的分析方法。

　　在材料科學領域，透射電子顯微鏡可以在材料的納米、微米區域進行物相的形貌觀察、成分測定和結構分析，可以提供多相催化的本質有關的大量信息，指導新型工業催化劑的開發;還可以獲取催化劑中納米結構信息，表征多相催化劑方面;同時在礦物加工與利用的方面也有很大應用。在生物學領域，透射電鏡技術可觀察到小于0.2μm的細胞的超微結構，從而可在分子層面對果蔬樣品進行更深入的研究;透射電鏡技術可以應用于確定果蔬的Z佳采摘期、采后貯藏條件以及選擇適宜的保鮮方法等方面。在物理學領域，透射電子顯微鏡被用于半導體的研究。