透射電鏡，全稱透射電子顯微鏡，是用于觀察組織細胞超微結(jié)構(gòu)的大型精密電子儀器，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等各個研究領(lǐng)域，成為研究細胞生物學(xué)、組織學(xué)、病理學(xué)、解剖學(xué)以及臨床病理診斷的重要工具之一。

透射電鏡的結(jié)構(gòu)

透射電鏡是以波長極短的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。它由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源與控制系統(tǒng)及真空系統(tǒng)三個部分組成。透射電鏡的核心是電子光學(xué)系統(tǒng)，通常稱為鏡筒，它分為三個部分，即照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)。

在透射電鏡中，照明系統(tǒng)的中的電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過多級聚光鏡的聚焦，形成在樣品平面上可獲得2-10微米的照明電子束斑。聚焦的電子束在透射電鏡主體的中部，被高電壓加速，然后加速電子束照射到試樣上，入射電子與試樣之間發(fā)生的相互作用。

對于非常薄的試樣，許多電子不與試樣發(fā)生相互作用而穿過試樣，這種電子稱為透射電子。除這種電子外，其余的電子與試樣相互作用而發(fā)生散射，試樣越厚，被散射的可能性越大。物質(zhì)對電子的散射，可以分為彈性散射和非彈性散射兩類。對于彈性散射，被散射電子的方向發(fā)生變化，但是散射電子的速度和能量不變。引起布拉格反射的衍射波和背散射電子是一種彈性散射。與這類彈性散射電子不同，電子的速度和能量發(fā)生變化的所有電子都屬于非彈性散射電子。透射電鏡中的明場像和暗場像等都是利用透射電子和彈性散射電子成像的。

透射電鏡的成像原理

透射電鏡中像的形成可以理解為一個光學(xué)透鏡(物鏡)的成像。具有一定波長λ的電子束入射到晶面間距為d的晶體時，在滿足布拉格條件2dsinθ=λ的特定角度(2θ)處產(chǎn)生衍射波。這個衍射波在物鏡的后焦面上會聚成一點，形成衍射點。

在透射電鏡中，后焦面上形成的規(guī)則的花樣經(jīng)其后的電子透鏡在熒光屏上顯現(xiàn)出來，這就得到了所謂的電子衍射花樣(或者叫做電子衍射圖形)。在后焦面上的衍射波繼續(xù)向前運動時，衍射波合成，在像平面上形成放大的像(電子顯微像)。通常，將生成衍射花樣的后焦面上的空間稱為倒易空間(倒易晶格空間)，將試樣位置或成像平面稱為實空間。從試樣到后焦面的電子衍射，即是從實空間到倒易空間的變化，在數(shù)學(xué)上用傅立葉變換來表示。

在透射電鏡中，通過調(diào)節(jié)電子透鏡(改變透鏡的焦距)，就能夠很容易觀察到電子顯微像(實空間的信息)和電子衍射花樣(倒易空間的信息)，利用這兩種觀察模式就能很好的獲取這兩類信息。對于電子衍射花樣的觀察，先觀察電子顯微像(放大像)，插入光闌(選區(qū)光闌)到感興趣的區(qū)域，調(diào)節(jié)電子透鏡，就能得到只有這個區(qū)域產(chǎn)生的電子衍射花樣。

這種觀察模式叫選區(qū)電子衍射方法。利用選區(qū)電子衍射方法能獲得細微組織各個區(qū)域的電子衍射花樣，從而能夠得知各個區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)和它們的晶體取向關(guān)系。插入光闌能夠選擇的最小視場范圍通常是直徑0.1左右。但是對于新近出品的透射電鏡，可使入射到試樣上的電子束會聚到很小來觀察電子衍射花樣，這就是所謂的微衍射方法。在這種情況下，能夠觀察直徑為數(shù)納米以下的微小區(qū)域的電子衍射花樣。

透射電鏡成像方式

在透射電鏡圖像分析中，主要有“質(zhì)量厚度襯度”和“衍射襯度”兩種成像原理。

“質(zhì)量厚度襯度”主要用于復(fù)型樣品圖像的解釋和分析。利用復(fù)型膜上不同區(qū)域厚度(t)或平均原子序數(shù)(Z)的差別，使進入透射電鏡物鏡光欄并聚焦于像平面的散射電子強度不同，從而產(chǎn)生圖像的反差。對于金屬樣品，由于金屬(以及其它晶體)薄膜樣品的厚度大致均勻，平均原子序數(shù)也沒有差別;薄膜上不同部位對電子的散射或吸收作用大致相同，因此不可能用“質(zhì)量厚度襯度”來進行圖例的解釋和分析，要用到所謂的“衍射襯度”成像原理。

“衍射襯度”是指由于樣品中不同晶體，或同一種晶體不同位向，衍射條件不同而造成的襯度反差方面的差別。當平行的高能入射電子束通過金屬薄膜樣品時，會在某些晶面上發(fā)生衍射，取向不同的晶粒，不同的相以及亞結(jié)構(gòu)發(fā)生衍射的程度不一樣。在透射電鏡物鏡下面的透射電子束和衍射電子束被會聚，并在焦距平面上形成中心斑點及反映結(jié)構(gòu)特征的電子衍射斑點(或環(huán))。如果物鏡光欄只讓透射束通過，而把衍射束擋住，此時滿足衍射條件的晶粒(A)強度最高，形成所謂的明場像;當物鏡光欄套住衍射花樣的某一強斑點(hkl)成像時，透射束被擋住，此時只有(hkl)晶面發(fā)生強衍射的晶粒(B)顯得很亮，而大部分晶粒變得很暗，形成所謂的暗場像。這種成像方式被稱為“衍射襯度”成像原理。像的特征與晶體的衍射條件有關(guān)。

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透射電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(shè)備，透射電鏡是一種具有高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)等研究領(lǐng)域。

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透射電鏡全稱透射電子顯微鏡。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(shè)備，透射電鏡是一種具有高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)等研究領(lǐng)域。

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現(xiàn)如今，具有高分辨率的透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)在材料分析研究中的應(yīng)用日趨廣泛，已經(jīng)成為現(xiàn)代實驗室中一種不可或缺的研究晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的綜合儀器。

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透射電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源與控制系統(tǒng)及真空系統(tǒng)三部分組成。電子光學(xué)系統(tǒng)通常稱鏡筒，是透射電鏡的核心。它分為三部分，即照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)。

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1932年Ruska發(fā)明了以電子束為光源的透射電鏡，電子束的波長要比可見光和紫外光短得多，并且電子束的波長與發(fā)射電子束的電壓平方根成反比，也就是說電壓越高波長越短。目前透射電鏡的分辨力可達0.2nm。

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