透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种功能强大的分析工具，利用高能电子束穿透超薄样品，通过收集透射电子和相互作用产生的信号，能获得极其丰富的信息，分辨率可达原子级别（亚埃级）。
超高分辨率形貌/结构信息
微观形貌： 直接观察样品的微观结构，如颗粒形状、大小、分布、表面特征、孔洞、缺陷（位错、层错、晶界、相界等）、界面结构等。
晶体结构：
晶格像： 在合适的条件下（薄样品、正确取向），可以直接成像晶体中原子的排列（晶格条纹像），实现原子尺度的直接观察。
高分辨像： 获得样品局部区域的原子排列投影图，用于分析晶体结构、缺陷、界面原子构型等。
选区成像： 可以选择样品上特定微区（纳米尺度）进行高倍成像。
晶体学信息
电子衍射：
1.确定物相的晶体结构（晶系、点阵类型、晶格常数）。
2.鉴定物相（通过与标准衍射花样或数据库对比）。
3.确定晶体的取向。
4.分析晶体缺陷（如通过菊池线分析取向差）。
选区电子衍射： 对样品特定微区（通常0.1 - 1 μm）进行衍射分析，获得衍射花样。用于：
会聚束电子衍射： 对更小区域（纳米尺度）进行衍射，提供更局部的晶体学信息，如精确测定晶格常数、点群对称性、应变等。
微束衍射/纳米束衍射： 利用高度会聚的电子束对几纳米甚至亚纳米区域进行衍射分析，是分析纳米颗粒、量子点、界面结构的利器。
成分信息
X射线能谱分析：
当电子束轰击样品时，原子内壳层电子被激发，外层电子跃迁填补空位时释放特征X射线。
使用能谱仪检测这些X射线，获得特征X射线能量谱。
用途： 对样品微区进行元素定性、定量和半定量分析。可以确定样品中含有哪些元素及其相对含量（点分析、线扫描、面分布图）。
电子能量损失谱分析：
透射电子穿过样品时，会与样品中的原子发生非弹性散射，损失特定能量。
使用电子能量损失谱仪测量透射电子的能量损失谱。
TEM的其他应用
微区综合分析：
TEM通常集成了成像、衍射和能谱/谱分析功能，可以在同一微区、甚至同一点上同时获得形貌、结构和成分信息，实现真正的“三位一体”关联分析。这对于研究复杂材料（如复合材料、异质结、催化剂、缺陷处的偏聚等）至关重要。
三维结构信息：
电子断层成像： 通过倾转样品，在不同角度采集一系列投影图像，然后通过计算机重构技术获得样品的三维结构信息，揭示内部结构、孔隙、界面等在三维空间中的分布。
动态过程观察：
原位TEM： 配备特殊样品杆，可以在TEM内部对样品施加各种外场（如加热、冷却、加电、加力、气氛环境、液体环境等），实时观察材料在外部刺激下（如相变、化学反应、晶体生长、变形、失效等）的动态结构、成分和性质演变过程。
TEM使用的局限
样品制备要求极高： 样品必须非常薄（通常<100纳米，高分辨要求更薄），以使电子束能够穿透。制备薄样品（如离子减薄、超薄切片、FIB制样）过程复杂且可能引入假象。
真空环境： 样品需置于高真空环境中，不适合研究某些易挥发或需特定环境的样品（原位技术部分解决了此问题）。
电子束损伤： 高能电子束可能损伤敏感样品（如有机材料、生物样品、某些金属氧化物），需要降低束流或使用冷冻技术。
成本与复杂性： TEM设备昂贵，操作和维护复杂，需要专业的技术人员和知识。
样品代表性： 由于观察区域极小，需注意样品制备和分析区域是否能代表整体材料。来源于中材新材料，作者科普小助手
