掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡核心原理與成像方式

　　掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)和透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)均是材料表征和微觀分析的核心工具，二者在原理、結(jié)構(gòu)、功能等方面均有顯著區(qū)別。本文將比較SEM與TEM在各方面的區(qū)別，幫助讀者選擇更適合的實驗設(shè)備。

　　核心原理與成像方式

　　掃描電鏡SEM用聚焦電子束掃描樣品表面，電子與樣品相互作用產(chǎn)生多種信號，通過探測器收集信號并轉(zhuǎn)換為圖像。SEM成像依賴表面信號，可以反映樣品的表面形貌、搭配能譜儀可以反映樣品的成分分布情況等。

　　透射電鏡TEM用高能電子束穿透超薄樣品，電子與樣品發(fā)生散射，通過電磁透鏡聚焦形成透射電子圖像。成像依賴穿透電子的散射差異，可反映樣品內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)、原子排列、缺陷等。

　　分辨率與放大倍數(shù)

　　SEM掃描電鏡的表面分辨率可以達到1-10nm，主要觀察微米至納米級的表面細節(jié)。SEM的放大倍數(shù)通常為10-105倍，覆蓋宏觀到納米的觀察范圍。

　　TEM投射電鏡的空間分辨率可以達到0.1-0.2nm，能直接觀察原子排列，晶格條紋等亞納米級結(jié)構(gòu)。TEM的放大倍數(shù)通?？蛇_到107倍，可用于原子級別分析。

　　樣品要求

　　SEM檢測對樣品沒有明顯要求，但需要導電(非導電樣品需要噴金/噴碳處理，避免電荷累積)。

　　TEM檢測的樣品必須滿足薄到電子可以穿透(通常為5-100nm)，需要經(jīng)過復雜制備(如離子減薄、電解雙噴或聚焦離子束切割)。TEM樣品尺寸小，通常裝在在直徑為3mm的銅網(wǎng)上，且需避免污染。

　　如何選擇SEM與TEM?

　　關(guān)注 “表面信息”：選 SEM掃描電鏡

　　需觀察樣品表面形貌(如斷裂紋路、顆粒分布、涂層表面缺陷、生物組織表面結(jié)構(gòu)等)。

　　需分析表面/微米級區(qū)域的成分分布(結(jié)合 EDS，確定元素分布)

　　關(guān)注 “內(nèi)部結(jié)構(gòu)/原子級信息”：選 TEM透射電鏡

　　需觀察樣品內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)(如晶格排列、相分布)、缺陷(位錯、空位)、界面結(jié)構(gòu)(如異質(zhì)結(jié)、層間結(jié)構(gòu))。

　　需分析納米級甚至原子級細節(jié)(如納米顆粒的尺寸與結(jié)晶性、單原子分散狀態(tài))。