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TEM在研究中的应用

TEM在研究中的应用一．前言：透射电子显微

学（Transmissionelectronmicroscopy，TEM）内容非常丰富，涉及光学、电

磁学、固体物理、晶体学、电子学、真空技术、计算物理学、数据分析等多种学

科和技术领域，是一门理论与实验高度结合的学科。本文将就TEM在自己研究

中的应用做一个系统的介绍说明。课题名称：Al-Zr-Eralloy.二．透射电

子显微术的优缺点在开始说TEM的诸多用途之前，先说说它的优点和缺点。只有

了解了这些才能真正做到扬长避短，物尽其用。TEM的优点有以下几个：1．信

息采集范围小。这是TEM最大的一个优点。TEM的实验区域可以极其微小，可以

直接在极微小区域内取得数据。现在最先进的TEM已经可以对小于0.1纳米的区

域进行拍照和分析。在各种科学仪器中，只有扫描探针显微镜能达到这样的分析

尺度。但是二者不能相互替代，扫描探针显微镜研究范围只局限于表面，TEM得

到的信息来自样品的三维结构。但是这种微小的分析尺度有时候也会带来局限

性，下面会谈到。2．工作模式多样。透射电子显微镜（Transmissionelectron

microscope，TEM）不仅仅具有通常显微镜的放大作用。它还可以作为一台电子

衍射仪提供样品的结构信息。配合各种信号探测器，它又能对样品做化学成分或

者磁、电性能的分析。并且这些功能之间的转换非常方便，甚至可以同时进行

TEM的两种典型工作模式：a）图像模式（明场）和b）衍射模式（选区）TEM物

镜附近光路TEM的缺点主要在以下几个方面：1．破坏性样品制备。TEM需要很

薄的样品使电子束能够穿过。对于大多数材料，要求在微米以下。这显然远远低

于通常块体材料的厚度，所以需要认为地把样品减薄。这实际上是个对材料的破

坏过程。这个过程有可能使样品发生变化，以致最终看到的并非材料原先的性质，

而是制样过程引入的假象。2．电子束轰击。TEM中使用高能电子束照射样品，

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电子能量在105～106eV量级，并且束流密度很高。换句话说就是在实验过程中

大量高能量电子被持续地倾泻到样品上。大部分电子会毫无遮挡地穿过样品，其

余的电子会和样品里的原子发生碰撞，并且可能在碰撞时向原子传递能量。样品

吸收能量后可能出现多种变化，比如温度升高，原子电离，原子移动，等等。而

这些变化又可能引发更多相关变化，比如相变，缺陷移动，结构崩塌，原子迁移，

等等。某些情况下，研究人员会有意识地利用轰击作用研究材料的变化情况，但

是多数情况下这种作用是不利的。3．真空环境。TEM实验需要在真空环境里进

行，至少目前还是这样。这种环境可能会对材料的性质或结构有影响，尤其是做

表面研究的时候。有时候需要实验环境尽量跟真实环境接近，有时候又需要真空

度尽量高。总之，TEM的内部环境跟理想条件有差距，必要时需要考虑这种差距

的影响。4．低采样率。这是TEM的一个大缺点。由于TEM的观察范围很小，而

且样品很薄，实验测试到的样品区域只占整体材料的极小一部分。这个微小的区

域未必能真实反映材料的性质。因此，基于TEM实验数据做结论的时候一定要慎

重，必须仔细考虑所得实验结果是否具有普遍意义。三．透射电子显微镜的三种

常见工作模式在研究中的应用TEM有三种基本的工作模式，作用各不相同。1．图

像模式。在这种模式下，TEM是一台放大镜，可以对样品的形貌进行观察，比如

晶粒尺寸，晶体缺陷，相分布，等等。-Zr-Er