透射电子显微镜（TEM）是将加速和集中的电子束传输到非常薄的试样上，电子撞击试样中的原子并改变其方向，形成立体角散射。 散射角与试样的密度和厚度有关，因此可以形成不同明暗的图像，将其放大聚焦并显示在荧光屏、胶片、光敏耦合元件等成像设备的显微镜上。
1. 背景知识
0 在光学显微镜下看不到2微米以下的微观结构称为亚微结构或超细结构。 为了清楚地观察这些结构，需要更短波长的光源来提高显微镜分辨率。 2024年，Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长比可见光和紫外光的波长短，电子束的波长与电子束发出的电压的平方根成反比，即 电压越高，波长越短。TEM 现在的分辨率高达 02 纳米。 透射后，电子束包含电子强度、相位和周期性等信息，用于成像。
电子束和样品之间的相互作用图。
2. 透射电镜系统组件
透射电镜系统主要包括以下几部分：
电子枪：发射电子的枪。 它包括阴极、栅极、阳极。 阴极管发出的电子通过栅孔产生射线束，在阳极电压的作用下加速**进入聚光镜，起到加速电子束和加压电子束的作用。
聚光镜：集中电子束以获得准直光源。
样品架：加载要观察的样品。
目的：一次性放大聚焦成像。
中间镜：二次放大和控制成像模式（图像或电子衍射模式）。
投影仪镜子：放大3倍。
荧光屏：将电子信号转换为可见光，供操作人员观察。
CCD相机：用于将光学图像转换为数字信号的电荷耦合元件。
透射电子显微镜基本结构示意图。
3. 原理
透射电子显微镜和光学显微镜各透镜和光路图基本相同，聚光镜会聚后将光源照射在试样上，光束穿过样品然后进入物镜，图像通过物镜汇聚成图像，然后物镜形成的单倍放大图像通过二次放大倍率进入观察者的眼睛。物镜在光学显微镜下，中间镜和电子显微镜下的投影镜经过二次中继放大后，最后形成荧光屏投影，由观察者观察。电子显微镜物镜的成像光路与光学凸透镜的成像光路相同。
电子显微镜和光学显微镜的光路图以及电子显微镜物镜的成像原理。
4. 样品制备
由于透射电子显微镜收集有关穿过样品的电子束的信息，因此样品必须足够薄才能让电子束通过。
样品分类：重复样品、超微颗粒样品、材料膜样品等。
样品制备设备：真空镀膜机、超声波清洗机、切片机、研磨机、电解双喷涂机、离子稀薄仪、超薄切片机等。
5. 图片类别
1）明暗场对比图像。
明场图像：物镜的后焦平面允许透射光束穿过物镜的光阑，阻挡衍射光束以获得图像对比度。
暗场图像：入射光束的方向倾斜到2个角度，衍射光束穿过物镜的光阑，阻挡透射光束，获得图像对比度。
硅内部位错的明暗场图。
2）高分辨率透射电镜（HRTEM）。
图像hrtem可以得到晶格条纹图像（反映晶面间距信息）;更高分辨率的图像信息，例如结构图像和单个原子图像（反映晶体结构中原子或原子簇的构型）。 但是，样品厚度要求小于 1 纳米。
HRTEM光路示意图。
硅纳米线的HRTEM图像。
3）电子衍射图像。
选择区域衍射 （SAD）：微米级微小区域的结构特征。
会聚束电子衍射（CBED）：纳米尺度上微小区域的结构表征。
微束电子衍射（MED）：纳米尺度上微小区域的结构表征。
电子衍射光路示意图。
单晶氧化锌的电子衍射图。
非晶氮化硅电子衍射图。
锆-镍-铜合金的电子衍射图。