透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope， TEM）是材料、物理、化學以及生命等科學領域中非常有用的工具，我們常常需要使用透射電子顯微鏡來獲取樣本的表面（或形貌）以及內(nèi)部等信息，比如科研工作者們可以利用冷凍透射電子顯微鏡（CryoEM）獲得了新型冠狀病毒的形貌（圖1），這對我們了解材料并進一步對材料進行有針對性的處理有很大幫助。那么透射電子顯微鏡是如何工作的呢？

一、基本介紹

透射電子顯微鏡結(jié)構示意圖，可以看到，透射電鏡的結(jié)構是相當復雜的。在該圖中只顯示了光學系統(tǒng)，像各種透鏡（Lens），光闌（Aperture），偏轉(zhuǎn)器（Deflector）以及像散校正器（Stigmator），而各種收集EDS（能譜）、EELS（電子能量損失譜）、BF（明場）、ADF（環(huán)形暗場）、HADDF（高角環(huán)形暗場）、SE（二次電子）等信號的探測器并沒有在圖中給出?；陔娮优c樣品相互作用時各種信號產(chǎn)生機制的不同（可以參考文章“Z-Contrast Image和Phase Contrast Image，散射和衍射”），不同探測器在透射電鏡中的位置也不同，這也使得其結(jié)構比圖中所示要復雜很多。更高級的透射電鏡會安裝球差校正器（Aberration Corrector）以減小由于透鏡不完美而引起的分辨率下降等影響。在很多情況下，為了實時觀察一些化學反應，還要向透射電鏡中通入氣體或引入某些光束，這就是我們常說的原位電鏡實驗（In-situ TEM），這進一步增加了透射電鏡的復雜程度。所有的這些功能的實現(xiàn)都使得透射電鏡的結(jié)構越來越復雜，當然也使得這些透鏡越來越貴，但將越來越多的功能集中在一臺設備上目前是大趨勢，因為這樣廠家可以提高自己產(chǎn)品的競爭力。

二、透射電鏡結(jié)構

 先介紹一下透射電鏡的基本組成。透射電鏡主要分三部分：照明系統(tǒng)，成像系統(tǒng)和投影系統(tǒng)。首先是照明系統(tǒng)，按照從上往下的順序，為電子槍（Gun）和電子槍偏轉(zhuǎn)器（Gun Deflector）。在電子槍和偏轉(zhuǎn)器之間有加速電場，用于給電子槍產(chǎn)生的電子加速，加速電場由加速電壓提供，加速電壓可以根據(jù)實驗的實際情況進行改變。電子槍加速器是用于偏轉(zhuǎn)剛從電子槍出來的電子束，因為剛從電子槍出來的電子束往往并不是完美地沿著電子束軸傳播，往往需要偏轉(zhuǎn)器進行初步調(diào)節(jié)。接著是聚光鏡（Condenser Lens