透射电子显微镜原理

介绍透射电子显微镜：探究其原理、成像及用途

让我们共同揭开透射电子显微镜的神秘面纱，深入了解这一强大工具的原理、成像方式及其广泛的应用领域。

透射电子显微镜的工作原理在于，它使用经过加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样品上。在这里，电子与样品中的原子发生碰撞，改变原有的行进方向，产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度和厚度密切相关，从而在成像器件上形成明暗不同的影像。这些影像经过放大、聚焦后，可以在荧光屏、胶片或者感光耦合组件上显示出来。

由于其具备原位观察和高分辨显像等功能，透射电镜能够揭示光学显微镜无法观察到的细微结构。例如，在细胞、组织分析、晶体结构等领域，透射电镜都大显身手。

透射电子显微镜在观测微粒方面也有着广泛的应用。它可以用来观察微粒的尺寸、形态、粒径大小、分布状况等，并用统计平均方法计算粒径。值得注意的是，透射电镜观察的是产物粒子的颗粒度而非晶粒度。高分辨电子显微镜（HRTEM）可以直接观察微晶结构，为界面原子结构分析提供了有效手段。

那么，透射电子显微镜的成像原理又是怎样的呢？它可以分为三种主要的成像方式：

1. 吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要是散射作用。样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，因此像的亮度较暗。

2. 衍射像：电子束被样品衍射后，不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分的衍射能力。当晶体出现缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，导致衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。

3. 相位像：当样品薄至100Å以下时，电子可以穿过样品，波的振幅变化可以忽略，成像主要来自于相位的变化。

透射电子显微镜在材料科学和生物学上的应用尤为广泛。由于电子易散射或被物体吸收，所以穿透力较低。为了获得高质量的成像，必须制备更薄的超薄切片，通常为50～100nm。观察时的样品需要处理得很薄，常用的方法有超薄切片法、冷冻超薄切片法、冷冻蚀刻法、冷冻断裂法等。对于液体样品，通常是挂在预处理过的铜网上进行观察。

透射电子显微镜是一台复杂而精密的仪器，它的原理和成像方式都非常复杂，但在材料科学、生物学等领域却有着广泛的应用。希望能够帮助大家更好地理解和应用透射电子显微镜。