透射電鏡的工作原理

透射電鏡是基于電子束與超薄樣品相互作用。

它利用電子加速槍產生高能電子束，經過電磁透鏡聚焦和準直后照射到超薄樣品上。樣品中不同區域的原子對電子的散射和吸收程度不同，導致透過樣品后的電子束強度分布發生變化。這些變化的電子束投射到熒光屏或探測器上，形成具有不同明暗對比度的圖像，反映出樣品內部微觀結構的差異。

透射電鏡的組成

1.電子光學系統電子槍：

用于發射電子。常見的電子槍有熱發射電子槍和場發射電子槍。熱發射電子槍依靠加熱鎢絲或六硼化鑭等材料，使電子獲得足夠的熱能而逸出表面；場發射電子槍則是在高電場作用下，使電子隧穿材料表面的勢壘而發射出來。場發射電子槍具有亮度高、發射電流穩定等優點，能夠提供更高質量的電子束。

電磁透鏡系統：

包括聚光鏡、物鏡、中間鏡和投影鏡等。這些透鏡通過電磁線圈產生磁場，對電子束進行聚焦和成像。

2.真空系統為了保證電子束能夠在無干擾的環境中傳播，以及防止樣品被氧化或污染，透射電鏡需要一個高真空環境。

真空系統一般由機械泵、擴散泵或渦輪分子泵等組成。

3.電源系統

提供電子槍的加速電壓和電磁透鏡的勵磁電流，以及各種控制和調節電路所需的電源。電源的穩定性對于保證電子束的穩定性和成像質量至關重要。金鑒實驗室擁有專業的TEM設備和技術團隊，能夠確保測試的準確性和可靠性。

4.樣品室

是放置樣品的區域，通常帶有樣品臺。樣品臺可以進行多種運動，如旋轉、傾斜和平移等操作，以便從不同角度和位置對樣品進行觀察。

5.成像記錄系統

使用電荷耦合器件（CCD）相機或互補金屬氧化物半導體（CMOS）相機等探測器來記錄圖像。這些探測器將電子信號轉換為數字信號，然后在計算機上顯示和存儲圖像，便于后續的圖像分析和處理。

透射電鏡的基本用途

1.晶體學領域

可用于研究晶體材料的微觀結構，如晶體的原子排列、晶格缺陷（包括點缺陷、線缺陷和面缺陷）等。通過分析晶格條紋的間距和取向，可以確定材料的晶體相和晶體取向。

2.冶金領域

用于研究合金的微觀組織，如合金中的相組成、相界面結構、析出相的形狀和分布等。

3.納米技術領域

對于納米材料的制備和研究，透射電鏡是不可或缺的工具。它可以觀察納米顆粒的粒徑大小、形狀、結晶性以及納米結構的組裝情況。例如，在碳納米管的研究中，透射電鏡可以觀察碳納米管的管徑、管壁層數、缺陷情況等，從而為納米材料的應用開發提供詳細的結構信息。

具體操作步驟

1.制樣

將粉末樣分散至液體介質（水或無水乙醇）中，超聲振蕩10 - 30min，使其均勻分散。滴加樣品：用玻璃毛細管吸取少量懸浮液，滴加到銅網上，等待溶劑揮發。在干燥時，可以采用紅外燈進行照射干燥。

2.塊狀樣品的制備

電解減薄法（適用于金屬和合金）：將塊狀樣品切割成約0.3mm厚的薄片，用金剛砂紙機械研磨至約100μm厚。將薄片沖成直徑3mm的圓片。將圓片放入電解減薄儀中，選擇合適的電解液和參數，進行雙噴減薄，直至中心穿孔。減薄完成后，迅速取出樣品，用無水乙醇清洗，干燥備用。

3.離子減薄法（適用于陶瓷、半導體等）

將樣品切割成薄片，用金剛砂紙研磨至約100μm厚。在圓片中央部位磨出一個凹坑，深度約50 - 70μm。將樣品放入離子減薄儀中，根據材料特性選擇合適的參數進行減薄，通常需要2 - 3天。減薄完成后，用丙酮清洗樣品，干燥備用。金鑒實驗室的技術人員在制樣過程中，均以標準為依據。

4.生物樣品的制備

生物樣品需要先進行固定處理，常用2.5%戊二醛進行前固定。經過梯度脫水處理，通常使用乙醇或丙酮。將樣品包埋在樹脂中，常溫或恒溫聚合。使用超薄切片機將包埋好的樣品切成超薄切片（厚度約50 - 100nm）。對切片進行染色，常用鈾酸鹽和鉛酸鹽。