透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope, TEM）是一種功能強大的分析工具，利用高能電子束穿透超薄樣品，通過收集透射電子和相互作用產生的信號，能獲得極其豐富的信息，分辨率可達原子級別（亞埃級）。
超高分辨率形貌/結構信息
微觀形貌： 直接觀察樣品的微觀結構，如顆粒形狀、大小、分布、表面特徵、孔洞、缺陷（位錯、層錯、晶界、相界等）、界面結構等。
晶體結構：
晶格像： 在合適的條件下（薄樣品、正確取向），可以直接成像晶體中原子的排列（晶格條紋像），實現原子尺度的直接觀察。
高分辨像： 獲得樣品局部區域的原子排列投影圖，用於分析晶體結構、缺陷、界面原子構型等。
選區成像： 可以選擇樣品上特定微區（納米尺度）進行高倍成像。
晶體學信息
電子衍射：
1.確定物相的晶體結構（晶系、點陣類型、晶格常數）。
2.鑒定物相（通過與標準衍射花樣或數據庫對比）。
3.確定晶體的取向。
4.分析晶體缺陷（如通過菊池線分析取向差）。
選區電子衍射： 對樣品特定微區（通常0.1 - 1 μm）進行衍射分析，獲得衍射花樣。用於：
會聚束電子衍射： 對更小區域（納米尺度）進行衍射，提供更局部的晶體學信息，如精確測定晶格常數、點群對稱性、應變等。
微束衍射/納米束衍射： 利用高度會聚的電子束對幾納米甚至亞納米區域進行衍射分析，是分析納米顆粒、量子點、界面結構的利器。
成分信息
X射線能譜分析：
當電子束轟擊樣品時，原子內殼層電子被激發，外層電子躍遷填補空位時釋放特徵X射線。
使用能譜儀檢測這些X射線，獲得特徵X射線能量譜。
用途： 對樣品微區進行元素定性、定量和半定量分析。可以確定樣品中含有哪些元素及其相對含量（點分析、線掃描、面分布圖）。
電子能量損失譜分析：
透射電子穿過樣品時，會與樣品中的原子發生非彈性散射，損失特定能量。
使用電子能量損失譜儀測量透射電子的能量損失譜。
TEM的其他應用
微區綜合分析：
TEM通常集成了成像、衍射和能譜/譜分析功能，可以在同一微區、甚至同一點上同時獲得形貌、結構和成分信息，實現真正的“三位一體”關聯分析。這對於研究複雜材料（如複合材料、異質結、催化劑、缺陷處的偏聚等）至關重要。
三維結構信息：
電子斷層成像： 通過傾轉樣品，在不同角度採集一系列投影圖像，然後通過計算機重構技術獲得樣品的三維結構信息，揭示內部結構、孔隙、界面等在三維空間中的分布。
動態過程觀察：
原位TEM： 配備特殊樣品桿，可以在TEM內部對樣品施加各種外場（如加熱、冷卻、加電、加力、氣氛環境、液體環境等），實時觀察材料在外部刺激下（如相變、化學反應、晶體生長、變形、失效等）的動態結構、成分和性質演變過程。
TEM使用的局限
樣品製備要求極高： 樣品必須非常薄（通常<100納米，高分辨要求更薄），以使電子束能夠穿透。製備薄樣品（如離子減薄、超薄切片、FIB制樣）過程複雜且可能引入假象。
真空環境： 樣品需置於高真空環境中，不適合研究某些易揮發或需特定環境的樣品（原位技術部分解決了此問題）。
電子束損傷： 高能電子束可能損傷敏感樣品（如有機材料、生物樣品、某些金屬氧化物），需要降低束流或使用冷凍技術。
成本與複雜性： TEM設備昂貴，操作和維護複雜，需要專業的技術人員和知識。
樣品代表性： 由於觀察區域極小，需注意樣品製備和分析區域是否能代表整體材料。來源於中材新材料，作者科普小助手
