SEM与TEM该如何选择?

扫描电镜（SEM）把细束电子像画笔一样在样品表面来回扫描，电子与表层原子短暂碰撞后，释放出二次电子或背散射电子。探测器把这些信号逐点收集、放大，最后在屏幕上拼成一幅二维强度图。因为作用深度只有几纳米，SEM 的图像颗粒轮廓、裂纹走向、元素衬度一目了然。

透射电镜（TEM）则让高能电子直接“穿墙而过”。只有当样品被削到百纳米以下，电子才能带着晶格间距、厚度、缺陷密度的信息抵达下端的透镜系统。经过衍射、干涉、放大，最终得到的是原子尺度的二维投影。若想再往前走一步，选区衍射（SAED）或高分辨像（HRTEM）可以把晶体结构、位错、甚至单原子缺陷一并呈现出来。

设备参数与操作差异

1.加速电压和放大倍数是最直观的差别：SEM 通常工作在 5–30 kV，放大 10 倍到两百万倍；TEM 则运行在 60–300 kV，放大倍数可轻松突破五千万倍。

2.景深方面，SEM 的毫米级景深让粗糙三维样品也能整体清晰；TEM 的景深极短，只能聚焦亚微米薄片，但换来的是原子级细节。

3.真空要求：SEM 可以在高真空、可变压力或环境模式下切换，含水或不导电样品也能观察；TEM 必须维持高真空，机械振动、磁场漂移都得严格控制。

4.样品制备：SEM 样品要求相对低，尺寸可较大，制样简单耗时短；TEM 样品需制成薄片，尺寸小，制样复杂耗时久。

5.成像原理与图像观察：

SEM 的常规成像包括：二次电子像（SEI）看表面形貌，背散射像（BSE）看成分衬度，再配上能谱（EDS）就能做元素面分布；加装电子背散射衍射（EBSD）还可绘制晶粒取向图。

TEM 的成像包括：明场像（BF）提供质量-厚度衬度，暗场像（DF）突出衍射衬度，高分辨像（HRTEM）直接显示晶格条纹，扫描透射像（STEM）给出 Z 对比度，电子能量损失谱（EELS）则能揭示元素、化学态乃至电子结构。

如何选择？两者有什么优势？

如果任务只是观察裂纹、腐蚀、镀层厚度、颗粒分布，或者快速筛查缺陷、污染，而样品尺寸大、无需超薄化，那么成本低、时间短的 SEM 就是首选。

如果需要研究晶界、位错、层错、析出相，或者测量原子尺度缺陷、界面结构，甚至做选区衍射，则需要用到TEM。

在复杂项目中，两者可以串联：先用 SEM 快速定位感兴趣区域，再用 FIB 精准制样转 TEM；SEM 可做连续切片成像（SBF-SEM），TEM 可做电子断层扫描（ET），实现从宏观到原子尺度的全链条表征。

扫描电镜（SEM）：

优势：主要用于观察样品的表面形貌和成分分析。样品制备相对简单，对样品的尺寸要求较宽松。可以在较低的真空度下工作，甚至可以观察经过处理的含水或不导电的样品。

应用场景：在材料科学、地质学、生物学等领域中，用于观察样品的表面特征、颗粒大小、形状等。结合能谱分析技术，可以确定样品表面的元素组成。

透射电镜（TEM）：

优势：能够提供高分辨率的样品内部结构信息，如晶体结构、位错、纳米尺度的缺陷等。可以进行选区电子衍射等分析，确定晶体结构和取向。

应用场景：在材料科学研究、纳米技术、生物学等领域中，用于观察材料的微观结构、纳米材料的形态和结构、细胞的内部细胞器等。

成本与易用性对比

扫描电镜（SEM）相对较为便宜，操作也比较简单，对样品的制备要求相对较低。而透射电镜（TEM）价格昂贵，操作复杂，样品制备也需要较高的技术水平——透射电镜（TEM）的样品需要非常薄，目前已经开发了许多方法，包括电抛光，机械抛光和聚焦离子束刻蚀。 对于预算有限或常规检测任务，SEM 是性价比首选；若深入研究材料的内部结构和微观特性，则 TEM更加合适。