带你了解什么是透射电镜？

透射电镜的工作原理

透射电镜是基于电子束与超薄样品相互作用。

它利用电子加速枪产生高能电子束，经过电磁透镜聚焦和准直后照射到超薄样品上。样品中不同区域的原子对电子的散射和吸收程度不同，导致透过样品后的电子束强度分布发生变化。这些变化的电子束投射到荧光屏或探测器上，形成具有不同明暗对比度的图像，反映出样品内部微观结构的差异。

透射电镜的组成

1.电子光学系统电子枪：

用于发射电子。常见的电子枪有热发射电子枪和场发射电子枪。热发射电子枪依靠加热钨丝或六硼化镧等材料，使电子获得足够的热能而逸出表面；场发射电子枪则是在高电场作用下，使电子隧穿材料表面的势垒而发射出来。场发射电子枪具有亮度高、发射电流稳定等优点，能够提供更高质量的电子束。

电磁透镜系统：

包括聚光镜、物镜、中间镜和投影镜等。这些透镜通过电磁线圈产生磁场，对电子束进行聚焦和成像。

2.真空系统为了保证电子束能够在无干扰的环境中传播，以及防止样品被氧化或污染，透射电镜需要一个高真空环境。

真空系统一般由机械泵、扩散泵或涡轮分子泵等组成。

3.电源系统

提供电子枪的加速电压和电磁透镜的励磁电流，以及各种控制和调节电路所需的电源。电源的稳定性对于保证电子束的稳定性和成像质量至关重要。金鉴实验室拥有专业的TEM设备和技术团队，能够确保测试的准确性和可靠性。

4.样品室

是放置样品的区域，通常带有样品台。样品台可以进行多种运动，如旋转、倾斜和平移等操作，以便从不同角度和位置对样品进行观察。

5.成像记录系统

使用电荷耦合器件（CCD）相机或互补金属氧化物半导体（CMOS）相机等探测器来记录图像。这些探测器将电子信号转换为数字信号，然后在计算机上显示和存储图像，便于后续的图像分析和处理。

透射电镜的基本用途

1.晶体学领域

可用于研究晶体材料的微观结构，如晶体的原子排列、晶格缺陷（包括点缺陷、线缺陷和面缺陷）等。通过分析晶格条纹的间距和取向，可以确定材料的晶体相和晶体取向。

2.冶金领域

用于研究合金的微观组织，如合金中的相组成、相界面结构、析出相的形状和分布等。

3.纳米技术领域

对于纳米材料的制备和研究，透射电镜是不可或缺的工具。它可以观察纳米颗粒的粒径大小、形状、结晶性以及纳米结构的组装情况。例如，在碳纳米管的研究中，透射电镜可以观察碳纳米管的管径、管壁层数、缺陷情况等，从而为纳米材料的应用开发提供详细的结构信息。

具体操作步骤

1.制样

将粉末样分散至液体介质（水或无水乙醇）中，超声振荡10 - 30min，使其均匀分散。滴加样品：用玻璃毛细管吸取少量悬浮液，滴加到铜网上，等待溶剂挥发。在干燥时，可以采用红外灯进行照射干燥。

2.块状样品的制备

电解减薄法（适用于金属和合金）：将块状样品切割成约0.3mm厚的薄片，用金刚砂纸机械研磨至约100μm厚。将薄片冲成直径3mm的圆片。将圆片放入电解减薄仪中，选择合适的电解液和参数，进行双喷减薄，直至中心穿孔。减薄完成后，迅速取出样品，用无水乙醇清洗，干燥备用。

3.离子减薄法（适用于陶瓷、半导体等）

将样品切割成薄片，用金刚砂纸研磨至约100μm厚。在圆片中央部位磨出一个凹坑，深度约50 - 70μm。将样品放入离子减薄仪中，根据材料特性选择合适的参数进行减薄，通常需要2 - 3天。减薄完成后，用丙酮清洗样品，干燥备用。金鉴实验室的技术人员在制样过程中，均以标准为依据。

4.生物样品的制备

生物样品需要先进行固定处理，常用2.5%戊二醛进行前固定。经过梯度脱水处理，通常使用乙醇或丙酮。将样品包埋在树脂中，常温或恒温聚合。使用超薄切片机将包埋好的样品切成超薄切片（厚度约50 - 100nm）。对切片进行染色，常用铀酸盐和铅酸盐。