透射电子显微镜(Transmission9 Electron Microscopy，TEM)是一种高分辨率的表征技术，广泛应用于材料科学、生物学、物理学等领域。通过透射电子東穿过超薄样品，TEM可以获取样品的高分辨率图像和多种结构信息，包括材料的形貌、晶体结构、缺陷、化学成分、电子结构等。
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基本原理
TEM的工作原理基于电子与物质的相互作用。电子東由电子枪发出，通过一系列电磁透镜系统聚焦并加速到高能量(通常为80 KeV到300keV)，然后照射到超薄样品上。部分电子穿过样品并通过物镜、成像透镜等一系列透镜系统后形成图像，最终在荧光屏、感光胶片或CCD相机上记录。
电子的波长极短(与光学显微镜的可见光波长相比)，因此TEM能够达到纳米甚至亚原子级的分辨率，远超光学显微镜的极限。
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TEM的主要组成部分
电子枪:电子枪产生电子束，第见的电子枪类型包括热发射电子枪和场发射电子枪。场发射电子枪能提供更高的亮度和更好的电子柬聚焦效果，适合高分辨成像，
电磁透镜:通过电磁透镜控制电子束的聚焦和放大，类似于光学显微镜中的光学透镜系统
样品台:样品台可进行精确的定位和倾斜操作，便于研究不同取向下的样品结构。
。探测器:探测器包括荧光屏、感光胶片或数码探测器(如CCD相机)，用于记录样品透射后的图像。
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TEM的工作模式
TEM具有多种工作模式，每种模式适合不同的表征需求:
1 明场成像(Bright Field lmaging)
明场成像是TEM中最常用的成像模式。透射的电子東穿过样品后形成图像，未被散射的电子被收集到图像中。较厚区域或晶体中强烈散射的区域通常表现为晴的对比度，而薄区域或未散射的区域则表现为亮的对比度。这种模式适用于观察样品的整体形貌、厚度分布以及晶体缺陷等。
2 暗场成像(Dark Field lmaging)
暗场成像通过选择某一特定的散射角度电子(而非直射电子)进行成像，这样能突出样品中某些特定的晶面、缺陷或颖粒。通过暗场成像，研究者可以对不同的晶相或局部结构进行详细观察。
3 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)
HRTEM模式通过直接成像电子波的干涉图样，可以获得晶体结构的原子级分辨率图像。HRTEM可以分辨晶体中的原子排列，并用于研究材料的晶体结构、位错、缺陷等原子级特征。
4 电子行射(Electron Diffraction)
电子衍射是基于电子東与晶体相互作用后产生的衍射图样来分析材料的晶体结构。通过测量电子衍射图中不同衍射点的位置和强度，可以确定晶格常数、晶体取向和相组成。常见的电子衍射模式包括选区电子衍射(SAED)和汇聚束电子衍射(CBED)。
5 能量色散X射线光谱(EDS/EDX)
EDS结合TEM使用，可以检测电子与样品原子相互作用后产生的特征X射线。通过分析这些X射线的能量，可以确定样品中元素的种类和分布。这种方法适合进行局部的化学成分分析。
6 电子能量损失谱(EELS)
EELS用于测量电子在穿过样品时损失的能量，这种能量损失包含材料的化学成分、价态、电子结构等信息。EELS能提供更精细的化学成分分析和价态信息，相较于EDS具有更高的灵敏度。
明场成像 暗场成像 中心暗场像
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样品制备
TEM样品的制备是一个关键步骤，要求样品非常薄(通常为几十纳米)，以便电子柬能够穿透。常见的样品制备方法包括:
1.机械研磨:先将块体样品研磨至较薄的厚度，然后通过离子减薄进一步减薄至电子東可透过的厚度。
2.聚焦离子束(FIB):使用FIB技术可以从大块材料中精确切劃出超薄的样品，适用于复杂材料的精确制备。
3.超薄切片:适用于生物样品或聚合物等软材料，使用超薄切片机切割出几纳米至几十纳米厚的样品。
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优缺点
优点:
1.极高的分辨率:TEM可以达到亚纳米或原子级分辨率，是目前最为精细的材料表征工具之一。
2.多功能性:不仅能成像，还能结合衍射和谐学技术，进行化学成分、晶体结构等多种信息的获取。
3.适用范围广:可以表征无机材料、金属、半导体以及有机物和生物样品，
缺点:
1.样品制备复杂:样品需要制备成非常薄的超薄片，尤其对于某些脆性或复杂材料，制备难度较大，
2.操作复杂:TEM的操作和图像分析需要高水平的专业知识和丰富的经验。
3.高真空环境:样品必须在高真空环境中进行测试，不适合研究某些不稳定或挥发性样品。
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TEM数据交流及讨论
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