透射電子顯微鏡（TEM）是將加速和集中的電子束傳輸到非常薄的試樣上，電子撞擊試樣中的原子並改變其方向，形成立體角散射。 散射角與試樣的密度和厚度有關，因此可以形成不同明暗的影象，將其放大聚焦並顯示在螢光屏、膠片、光敏耦合元件等成像裝置的顯微鏡上。
1. 背景知識
0 在光學顯微鏡下看不到2微公尺以下的微觀結構稱為亞微結構或超細結構。 為了清楚地觀察這些結構，需要更短波長的光源來提高顯微鏡解像度。 2024年，Ruska發明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡，電子束的波長比可見光和紫外光的波長短，電子束的波長與電子束發出的電壓的平方根成反比，即 電壓越高，波長越短。TEM 現在的解像度高達 02 奈米。 透射後，電子束包含電子強度、相位和週期性等資訊，用於成像。
電子束和樣品之間的相互作用圖。
2. 透射電鏡系統元件
透射電鏡系統主要包括以下幾部分：
電子槍：發射電子的槍。 它包括陰極、柵極、陽極。 陰極管發出的電子通過柵孔產生射線束，在陽極電壓的作用下加速**進入聚光鏡，起到加速電子束和加壓電子束的作用。
聚光鏡：集中電子束以獲得準直光源。
樣品架：載入要觀察的樣品。
目的：一次性放大聚焦成像。
中間鏡：二次放大和控制成像模式（影象或電子衍射模式）。
投影儀鏡子：放大3倍。
螢光屏：將電子訊號轉換為可見光，供操作人員觀察。
CCD相機：用於將光學影象轉換為數碼訊號的電荷耦合元件。
透射電子顯微鏡基本結構示意圖。
3. 原理
透射電子顯微鏡和光學顯微鏡各透鏡和光路圖基本相同，聚光鏡會聚後將光源照射在試樣上，光束穿過樣品然後進入物鏡，影象通過物鏡匯聚成影象，然後物鏡形成的單倍放大影象通過二次放大倍率進入觀察者的眼睛。物鏡在光學顯微鏡下，中間鏡和電子顯微鏡下的投影鏡經過二次中繼放大後，最後形成螢光屏投影，由觀察者觀察。電子顯微鏡物鏡的成像光路與光學凸透鏡的成像光路相同。
電子顯微鏡和光學顯微鏡的光路圖以及電子顯微鏡物鏡的成像原理。
4. 樣品製備
由於透射電子顯微鏡收集有關穿過樣品的電子束的資訊，因此樣品必須足夠薄才能讓電子束通過。
樣品分類：重複樣品、超微顆粒樣品、材料膜樣品等。
樣品製備裝置：真空鍍膜機、超聲波清洗機、切片機、研磨機、電解雙噴塗機、離子稀薄儀、超薄切片機等。
5. 圖片類別
1）明暗場對比影象。
明場影象：物鏡的後焦平面允許透射光束穿過物鏡的光闌，阻擋衍射光束以獲得影象對比度。
暗場影象：入射光束的方向傾斜到2個角度，衍射光束穿過物鏡的光闌，阻擋透射光束，獲得影象對比度。
矽內部位錯的明暗場圖。
2）高解像度透射電鏡（HRTEM）。
影象hrtem可以得到晶格條紋影象（反映晶面間距資訊）;更高解像度的影象資訊，例如結構影象和單個原子影象（反映晶體結構中原子或原子簇的構型）。 但是，樣品厚度要求小於 1 奈米。
HRTEM光路示意圖。
矽奈米線的HRTEM影象。
3）電子衍射影象。
選擇區域衍射 （SAD）：微公尺級微小區域的結構特徵。
會聚束電子衍射（CBED）：奈米尺度上微小區域的結構表徵。
微束電子衍射（MED）：奈米尺度上微小區域的結構表徵。
電子衍射光路示意圖。
單晶氧化鋅的電子衍射圖。
非晶氮化矽電子衍射圖。
鋯-鎳-銅合金的電子衍射圖。