TEM：這里的TEM專(zhuān)指普通分辨率TEM。其主要用來(lái)觀(guān)察材料的微觀(guān)形貌和結構，比如催化劑粉末的輪廓外形，納米粒子的尺寸和形貌。一般普通TEM的分辨率在幾個(gè)納米數量級。下圖1（多相粉末催化劑）、圖2（納米晶）為典型普通TEM圖形。

圖1 

圖2  

     電子與樣品相互作用后，透射電子主要分為三大類(lèi)：透射電子，彈性散射電子和非彈性散射電子。這三類(lèi)電子各司其職，其中透射電子和彈性散射電子均可用于成像。通過(guò)調節電鏡參數可以選擇性收集成像電子，如圖3所示。

       圖3 如果只選擇透射電子成像，那么可想而知，沒(méi)有樣品的地方，電子透過(guò)的最多，所以觀(guān)察屏上最亮，樣品越重越厚的地方、電子難以透過(guò)就越暗。這就是所謂的“明場(chǎng)像”，光路圖如圖3a所示。這種由于樣品厚薄不均，質(zhì)量不同而導致的明暗差異被稱(chēng)為“質(zhì)厚襯度”，原理于圖4所示。在明場(chǎng)模式下，整個(gè)視野內比較明亮，比較利于觀(guān)察樣品的大小、尺寸、形貌等信息，圖1，2都為明場(chǎng)像。

    既然有“明場(chǎng)像”，必然就有“暗場(chǎng)像”。所謂“暗場(chǎng)像”是指“收集”散射（衍射）電子成像。因為質(zhì)量越大、越厚，其散射越強，所以在暗場(chǎng)下其越亮。在沒(méi)有樣品處，因為電子散射很少所以越暗，光路圖見(jiàn)如圖3b。雖然暗場(chǎng)模式下整個(gè)大視野范圍內比較暗，但是樣品處較亮。特別是滿(mǎn)足布拉格衍射的區域會(huì )特別亮。這種因為衍射強度不同，而導致的明暗不同稱(chēng)為“衍射襯度”。這一暗場(chǎng)下的衍射襯度可以用來(lái)分辨樣品中不同區域的晶粒。例如：厚薄均勻的樣品，在明場(chǎng)像中A、B區域沒(méi)什么差別。但是在暗場(chǎng)像中A區域滿(mǎn)足布拉格方程，那么A區域明亮可見(jiàn)；而B區域不滿(mǎn)足布拉格方程就暗，從而予以鑒別，如圖5所示。PS:明場(chǎng)、暗場(chǎng)并非普通電鏡的專(zhuān)利、STEM中也有明暗場(chǎng)之分。

    HRTEM：從字面意義上很好理解，高分辨電子顯微鏡，顧名思義就是比普通電鏡的分辨率更高一些。確實(shí)，普通的TEM只能用來(lái)看看外觀(guān)，很難看到內部結構，如：晶面間距、原子排布等信息。近年來(lái)HRTEM發(fā)展迅猛，分別率已經(jīng)達到原子級別（幾埃，甚至零點(diǎn)幾埃）。理論上能夠看清一個(gè)一個(gè)的原子。所以HRTEM用來(lái)觀(guān)測晶體內部結構、原子排布以及很多精細結構（比如位錯、孿晶等）。但理論與實(shí)際總是有差距。想要從HRTEM中得到準確的材料結構信息并非易事。首先必須保證樣品足夠?。ㄈ跸辔唤疲┖?/span>Scheerzer欠焦條件下拍攝的HRTEM像才能正確反應晶體結構,如圖6。很多時(shí)候還需要利用軟件模擬構型，然后再與實(shí)際照片比對。

    至于為什么？需要從原理開(kāi)始分析。高分辨像是相位襯度像，是所有參加成像的衍射束與透射束之間因相位差而形成的干涉圖像。普通TEM要么采用透射電子，要么采用散射電子。高分辨是兩者都用。用的電子類(lèi)別多，對樣品的要求就高。那么問(wèn)題來(lái)了：在高分辨像下，原子是暗的還是亮的呢？研究表明，當TEM的欠焦量最優(yōu)時(shí)，HRTEM分辨率達到最高。這時(shí)，對于薄晶體，原子一般呈現暗襯度，即原子是暗的。但實(shí)際使用時(shí)，有的時(shí)候也可以是亮的（請高手指教）。

    STEM（HAADF - STEM）：從成像角度來(lái)分析，其與前面兩者最大的區別是：TEM和HRTEM的光照射范圍是面，而STEM是一點(diǎn)一點(diǎn)的掃射，然后再收集。一個(gè)不恰當的比喻是：一個(gè)是手電筒光源，一個(gè)是激光器光源。顯然激光器對結構的表征更加細致。前面已經(jīng)提及STEM也有明場(chǎng)和暗場(chǎng)之分。STEM常常和HAADF連用。HAADF是一種高角環(huán)狀暗場(chǎng)探測器。示意圖如圖7所示。

    HAADF的作用是收集高角盧瑟福散射電子。為什么要收集高角散射電子？因為其產(chǎn)生的是非相關(guān)高分辨像，可避免TEM和HRTEM中復雜的衍射襯度和相干成像，從而能夠直接反應原子的信息。什么時(shí)候用HAADF-STEM？最簡(jiǎn)單的回答是：當你發(fā)現TEM，HRTEM還是沒(méi)法滿(mǎn)足你的欲望的時(shí)候；當你需要看更精細的結構和更低濃度成分的時(shí)候；當你需要線(xiàn)掃描的時(shí)候，HAADF-STEM也是首選。例如，近年來(lái)很火的單原子催化，利用球差STEM才能夠很好的表征，發(fā)現這些單原子，如圖8。

本文轉載自微信公眾號：研之成理

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