透射電子顯微鏡

透射電子顯微鏡，簡稱透射電鏡，英文名為Transmission Electron Microscope，縮寫為TEM，是一種利用高速運動的電子束作為光源，穿透固體樣品，再經過電磁透鏡成像的顯微鏡。

透射電鏡由電子光學系統、觀察記錄系統、真空和冷卻系統以及電源系統等組成。電子光學系統又可分為照明系統和成像系統兩部分，它們和觀察記錄系統一起置于抽真空的鏡筒之中。樣品臺在照明系統和成像系統之間（圖5-3）。

圖5-3 透射電子顯微鏡結構示意圖

（據日本JEOL株式會社）

透射電鏡的成像原理與光學顯微鏡類似，其圖像是成像平面上由透射電子密度的差異所形成的明暗不一的襯度像。這種密度差異可通過熒光屏或照相底片的轉換進行觀察。按其襯度來源的不同，透射電鏡圖像可分為質厚襯度像、衍射襯度像、相位襯度像和Z襯度像四種。限于篇幅本小節簡要介紹常用的質厚襯度像和衍射襯度像。

質厚襯度像的襯度是由樣品的質量和厚度的差異所引起的。它適合于對炭黑等非晶質樣品進行觀察。衍射襯度像，簡稱衍襯像。它的襯度是由樣品各部位滿足布拉格（bragg）衍射條件的程度不同所引起的，它所反映的是樣品各部位對入射電子衍射強度的差異。衍襯像可分為明場像和暗場像。明場像（Bright-Field Image，縮寫為BFI）采用透射束成像，所形成的是亮背景上的暗像（圖5-4）。暗場像（Dark-Field Image，縮寫為DFI）只選用某一衍射束成像，所形成的是暗背景上的亮像。由于衍射襯度與衍射條件密切相關，對晶體內衍射面網取向的變化十分敏感，因而是研究晶體缺陷的有力手段。

長期以來，透射電鏡的圖像都是通過觀察室的熒光屏進行觀察，用照相底片進行記錄的。近年來可在照相底片位置配備CCD相機使圖像數字化，便于用計算機儲存。

圖5-4 泰州隕石中橄欖石位錯的明場像

（張富生提供）

透射電鏡最突出的優點是圖像分辨率和有效放大倍數高，其點分辨率（圖像中可分辨的兩點之間最短的距離）約為0.17～0.20nm，晶格分辨率（晶格條紋像中條紋間最短的距離）為0.1～0.14nm。經球差校正的透射電鏡，分辨率達0.08nm，能放大100萬倍，幾乎能分辨晶體中所有原子的排列。

透射電鏡另一個特點是，在成像系統中插入一選區光闌就能夠獲得電子衍射花樣，在觀察圖像的同時在原地進行結構分析（請參閱本章第四節）。電子衍射與X射線衍射的原理基本相同，所獲得的衍射花樣也很相似。

透射電鏡對樣品的基本要求是：①為了使電子束穿透樣品，其厚度應在100nm以下；②在制樣過程中，樣品的超微結構必須得到完好的保存，應嚴格防止樣品結構和性質發生改變以及樣品遭受污染等；③樣品應牢固地置于直徑為3mm的專用銅網上，以便能經受電子束的轟擊，并防止在裝卸過程中的機械振動而損壞；④樣品必須導電。對于非導電樣品，應在其上噴一層很薄的碳膜。對于地質樣品，通常是先磨制成薄片，并在偏光顯微鏡下進行觀察，選擇需要深入研究的部位，切割取下，黏結在銅網上，再置于離子減薄儀中進行減薄，直至局部穿孔，其邊緣部位即可在透射電鏡下觀察。

配備了X射線能譜儀的透射電鏡，在觀察圖像的同時還可在原地進行微區的元素成分分析。