帶你一文了解掃描透射電子顯微鏡

掃描透射電子顯微鏡（STEM）

掃描透射電子顯微鏡（STEM）是一種融合了透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）部分特點(diǎn)的先進(jìn)顯微技術(shù)。該技術(shù)對(duì)操作環(huán)境和設(shè)備要求較高，需要維持極高真空度，其電子學(xué)系統(tǒng)也比TEM和SEM更為復(fù)雜，這使得STEM在硬件配置和操作維護(hù)方面都面臨一定挑戰(zhàn)，但同時(shí)也為其提供了獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。

掃描透射電鏡的原理

掃描透射電子顯微鏡通過(guò)高能電子束與樣品相互作用來(lái)獲取材料微觀結(jié)構(gòu)信息。其核心是電子光學(xué)系統(tǒng)，利用電磁透鏡將電子束聚焦至納米甚至原子尺度，對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描。當(dāng)電子束穿透樣品時(shí)，會(huì)與樣品中的原子產(chǎn)生多種相互作用，產(chǎn)生透射電子、散射電子、特征X射線等信號(hào)，這些信號(hào)被探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)化為圖像或光譜信息，從而揭示樣品的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。

STEM的主要成像模式包括明場(chǎng)像（BF-STEM）、暗場(chǎng)像（DF-STEM）和高角環(huán)形暗場(chǎng)像（HAADF-STEM）

掃描透射電鏡在材料科學(xué)中的應(yīng)用

在納米材料表征領(lǐng)域，STEM憑借其高空間分辨率展現(xiàn)出巨大價(jià)值。些信息對(duì)于深入了解納米材料的性能和優(yōu)化其制備工藝至關(guān)重要。

FIB+HRTEM+EELS 納米線截面觀察及能譜分析

在界面與表面分析方面，STEM同樣表現(xiàn)出色。它能夠清晰地揭示異質(zhì)界面的原子排列和化學(xué)組成情況，為研究人員理解界面效應(yīng)以及設(shè)計(jì)新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵信息。通過(guò)對(duì)界面原子級(jí)別的觀察和分析，可以更好地把握材料在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)，為材料的進(jìn)一步改進(jìn)和創(chuàng)新提供理論依據(jù)。在缺陷與位錯(cuò)研究中，STEM的高分辨成像能力和對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的高度敏感性使其成為理想的研究工具。借助STEM，研究者可以直觀地觀察位錯(cuò)、層錯(cuò)、晶界等缺陷的原子結(jié)構(gòu)，深入分析其形成機(jī)制以及對(duì)材料性能產(chǎn)生的影響。這對(duì)于優(yōu)化材料的性能和開(kāi)發(fā)新型高性能材料具有重要的指導(dǎo)意義。

結(jié)論

掃描透射電子顯微鏡作為現(xiàn)代材料科學(xué)研究的重要工具，在納米材料表征、界面分析、缺陷研究等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用。