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电子能量损失谱（EELS）是一种利用非弹性散射引起的能量损失来获取表面原子的物理和化学信息的分析方法。这种技术主要应用于物理学、材料科学以及能源材料等领域，通过测量电子与样品相互作用后的动能变化，可以确定样品的原子结构和化学特性，如元素的种类及数量、元素的化学状态等。
EELS的特点
作为一个目前材料领域最常见的分析测试技术之一，EELS相比于其他类似的测试技术具有许多不可忽视的巨大优势：
（1）可以实现横向分辨率10 nm，深度0.5~2 nm的区域内成分分析；
（2）具有X射线光电子能谱（X-ray photo spectroscopy，XPS）所没有的微区分析能力；
（3）具有比俄歇电子能谱（Auger electron spectroscopy，AES）更为表面和灵敏的特性；
（4）对轻元素十分敏感，因而在探测轻元素上具有无可比拟的优势；
（5）EELS能轻易辨别表面吸附的原子、分子的结构和化学特性，从而成为表面物理和化学研究的有效手段之一。
正因如此，对EELS的研究应用也有着日新月异的变化。为了方便大家详细的了解该测试技术，笔者将结合自己的科研经验对EELS的基本原理及功能进行细致的介绍，同时也会附上部分应用实例以供参考消化。
结构和原理
电子与物质交互作用，能量和动量都会产生变化，因而会释放出多种信号（图1）。
在EELS中，具有已知动能的电子束入射待测材料后，部分电子与原子相互作用发生非弹性散射，损失部分能量并且路径发生随机的小偏转，这个过程中能量损失的大小经电子能谱仪测量并得以分析解释。通过研究非弹性散射电子的能量损失分布，可以得到原子中电子的空间环境信息，从而研究样品的多种物理和化学性质。
EELS的结构组成
EELS的结构大体上可以分为三部分：电子源（TEM部分）、能量分析器（谱仪部分）和记录系统（探测器部分），如图2所示。
电子源：非弹性散射电子源，主要包括透过电子、核心损失电子以及等离子损失电子。
谱仪：该部分系统的主要功能是按照能量的大小对电子源逸出的电子进行分散处理。
记录系统：非弹性散射的电子经过谱仪的分散后，相同能量的电子会在同一地方聚焦，并在探测器（CCD或二极管）上形成能量损失谱，以供进行最后的数据分析处理
EELS的应用
EELS的应用非常广泛，包括但不限于：
1.化学键结性质分析：EELS能够揭示材料中不同元素的化学状态，从而提供关于化学键类型和强度的信息。
2.表面和界面研究：通过研究吸附分子的电子跃迁、薄膜镀层的光学性质以及界面状态，可以深入了解材料的表面和界面行为。
3.纳米级电子和振动动力学：EELS可以用于测量纳米级尺度上的声子、激子等现象，这对于理解材料的电子结构和动力学过程至关重要。
4.能源材料研究：在锂电池、太阳能电池和催化剂等能源材料的研究中，EELS提供了一种强大的工具来分析材料的微观结构和性能变化。
5.单原子层面的研究：EELS技术已经能够在单原子层厚的异质结界面上进行测量，这对于探索新型材料和器件具有重要意义。
在EELS实验中，具有已知动能的电子束入射到待测材料上，部分电子会与原子发生非弹性散射，从而损失一部分能量并且路径发生随机的小偏转。这些能量损失的电子被记录下来，形成所谓的电子能量损失谱。EELS技术可以提供高空间分辨率的结构信息和样品的化学性能。
此外，EELS技术与透射电子显微镜（TEM）结合使用时，可以提供原子级的化学和结构表征。这包括有关元素组成、化学键合、氧化态、价带和导带电子特性以及表面特性的信息。EELS技术特别适用于Si/C/O/N系统，并且对低Z元素的灵敏度更高，有时甚至可以提供化学信息
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