透射电子显微镜原理
扫描电镜对获得厚试样表面图像非常有用。在扫描透射模式（STEM）中，SEM也可以用来研究薄试样，在这方面比传统TEM有一些优势。
图1 扫描图像欣赏
扫描电镜结构的示意图（图2），与透射电子显微镜相比，最明显的区别在于电子束，电子束经过聚光透镜后，在样品台上以光栅模式偏转，类似于电视显像管中的模式。物镜分成两部分。 一部分放在聚光透镜和试样之间，实际上可以看作是一个附加的聚光透镜，它将电子束聚焦在试样上的一个小点上。图像信号可由探测器D采集，探测器D与光源和光栅线圈放置在试样的同一侧。 该探测器用于表面扫描模式，收集被初级电子束击出的次级电子，以及从样品表面反射的背散射电子。图像信号也可以由探测器D在通过物镜的后半部分后以扫描传输方式采集。这些是前向散射电子。 在STEM模式下获得的图像与在固定束TEM中获得的图像非常相似。表面扫描电镜图像有很大不同。特别是，表面成像的对比度部分来自于样品中不同原子的不同散射功率，部分来自于表面形状的变化。 在STEM模式和表面SEM模式下，图像的生成方式如下：当电子束扫描试样时，探测器测量每个位置的散射电子，一个接着一个。采用与电子束相同的光栅扫描方式，所测得的强度在空间上一个接一个地显示在成像屏幕上。因此，如果在扫描期间的特定点处散射很高，则观看屏幕上的对应点是亮的。 如果散射很低，则对应的点是暗的，然后创建观察对象的图像。图像的分辨率取决于扫描样本时使用的电子束斑的大小，可能只有50埃。表面扫描电镜（SEM）和扫描电镜（STEM）都极大地改变了电子显微镜的应用，使定量研究成为可能。扫描原理最近也被用于原子力显微镜和扫描隧道显微镜的构造中。
图2 扫描电子显微镜示意图
透射电镜是科研人员最常用的科学仪器之一（图5）。电子束的源S可能是钨丝，但也使用其他材料，如六硼化镧。 电子束路径、镜片的位置、样品、光圈等，遵循如图所示光学显微镜的设计和构思。整个装置，包括样品，必须置于高真空中，以避免电子被空气散射和吸收。
图3 透射图像欣赏
镜片是电子显微镜中的磁性镜片，与光学显微镜不同，图像不是通过目镜直接观察，而是投射到荧光屏上，电子在荧光屏上形成图像。 一个物镜孔径会放置在电子显微镜中，但通常不放在光学显微镜中。这是因为透射电子显微镜的成像过程不同于光学显微镜。在光学显微镜中，光被样品发射或吸收。这会在图像的不同部分之间形成对比。
图4 透射图像欣赏 在透射电镜中，情况是完全不同的，大多数入射电子束不受阻碍地穿过试样，很少被吸收。实际上只有一小部分前向散射（图5）。正是这种前向散射部分被用来形成图像。对比度是通过区分广角散射电子和小角散射电子而产生的。 物镜孔径挡住了大角度电子，并且从样品不同部分来的电子束振幅不同导致振幅差异。然而，大多数生物材料没有足够的对比度，除非它们被染色。暗场成像也是可能的，它是通过除去未散射电子束来实现。
图5 透射电子显微镜示意图
粉丝给公众号留言可获赠透射电镜教程电子书
参考文献：
[1] T. Qureishy (2012), Synthesis andstructural studies of Mg2Si1-xSnx. Department of Physics, University of Oslo.
[2] B. B. Straumel, S. G. Protasova, A. A.Mazilkin, T. Tietze, E. Goering, G. Schütz, P. B. Straumal and B. Baretzky (2013),Ferromagnetic behaviour of Fe-doped ZnO nanograined films, Beilstein J.Nanotechnol. 4, 361-369.
更多金属科技资源，点击“阅读原文”。
