幾乎任何與材料相關(guān)的領(lǐng)域都要用到透射電鏡，而最常用的三大透射電鏡是：普通透射電子顯微鏡（TEM）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和掃描透射電子顯微鏡(STEM)。

本期內(nèi)容介紹三者的異同點。重點解析在科研中如何適時的運用這三者？

透射電鏡TEM的工作原理

此處TEM特指普通分辨率TEM。它主要用于觀測物質(zhì)的微觀形貌與組織，如催化劑粉末輪廓外形、納米粒子大小與形態(tài)等。通常常用TEM分辨率為幾納米量級。

電子與樣品相互作用后，透射電子主要分為三大類：透射電子，彈性散射電子和非彈性散射電子。

若僅選用透射電子成像的話，則可以想象在無試樣處，電子通過量最大，因此觀察屏中亮度最大，試樣越重，厚度越大，電子越難通過則越暗淡。它叫“明場像”。

既然有“明場像”，必然就有“暗場像”。所謂“暗場像”是指“收集”散射（衍射）電子成像。因為質(zhì)量越大、越厚，其散射越強，所以在暗場下其越亮。在沒有樣品處，因為電子散射很少所以越暗，光路圖見如圖3b。雖然暗場模式下整個大視野范圍內(nèi)比較暗，但是樣品處較亮。特別是滿足布拉格衍射的區(qū)域會特別亮。這種因衍射強度的差異，所引起的明暗差異叫做“衍射襯度”。在該暗場作用下衍射襯度可用于區(qū)分試樣不同部位晶粒。

例如：粗細均一的試樣在明場像A,B區(qū)相差不大。但當(dāng)暗場像的A區(qū)符合布拉格方程時，A區(qū)的亮度是看得見的；并且B區(qū)不符合布拉格方程則暗淡無光，由此被識別出來，如圖5。PS:明場，暗場不是一般電鏡所獨有，STEM里還有明暗場。

高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）

從字面意義上很好理解，高分辨電子顯微鏡，顧名思義就是比普通電鏡的分辨率更高一些。確實，普通的TEM只能用來看看外觀，很難看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如：晶面間距、原子排布等信息。

近年來HRTEM發(fā)展迅猛，分別率已經(jīng)達到原子級別（幾埃，甚至零點幾埃）。理論上能清楚地看到單個原子。因此HRTEM被用于觀察晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，原子排布和許多精細結(jié)構(gòu)（比如位錯、孿晶等）。但是，理論和實際之間總存在著距離。要在HRTEM上獲取精確的材料結(jié)構(gòu)信息并不容易。首先要確保樣品夠薄（弱相位近似）以及Scheerzer在欠焦情況下所攝HRTEM像能正確地反應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)。圖6。許多情況下還要用軟件來模擬構(gòu)型并與真實的圖片進行比較。金鑒實驗室擁有專業(yè)的TEM測試設(shè)備和技術(shù)團隊，能夠確保TEM測試的準(zhǔn)確性和可靠性。

至于為什么？需要從原理開始分析。高分辨像是相位襯度像，是所有參加成像的衍射束與透射束之間因相位差而形成的干涉圖像。普通TEM要么采用透射電子，要么采用散射電子。高分辨是兩者都用。所用電子類別繁多，樣品要求也較高。那么，問題就來了：原子在高分辨像中究竟是暗原子還是亮原子？結(jié)果表明：在TEM欠焦量處于最佳狀態(tài)下HRTEM具有最高分辨率。此時，對薄晶體來說，原子通常表現(xiàn)出暗襯度，也就是原子變暗。但是在實際應(yīng)用中，有時它還可能是明亮的（請高手指教）。

掃描透射電子顯微鏡(STEM)

從成像角度來分析，其與前面兩者最大的區(qū)別是：TEM和HRTEM的光照射范圍是面，而STEM是一點一點的掃射，然后再收集。有個不合時宜的比喻：一為手電筒光源，一為激光器光源。很明顯，激光器更精細地刻畫了其結(jié)構(gòu)。前文提到STEM還有明場與暗場。STEM常常和HAADF連用。HAADF屬于高角度環(huán)狀暗場探測器。

HAADF的作用是收集高角盧瑟福散射電子。為什么要收集高角散射電子？因為其產(chǎn)生的是非相關(guān)高分辨像，可避免TEM和HRTEM中復(fù)雜的衍射襯度和相干成像，從而能夠直接反應(yīng)原子的信息。什么時候用HAADF-STEM？最容易的答案就是：當(dāng)您發(fā)現(xiàn)TEM和HRTEM仍然不能滿足您的愿望時；在需要觀察較細結(jié)構(gòu)，較低濃度成分時；在需要進行線掃描時,HAADF-STEM同樣被優(yōu)先考慮。