带你一文了解扫描透射电子显微镜

扫描透射电子显微镜（STEM）

 

扫描透射电子显微镜（STEM）是一种融合了透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）部分特点的先进显微技术。该技术对操作环境和设备要求较高，需要维持极高真空度，其电子学系统也比TEM和SEM更为复杂，这使得STEM在硬件配置和操作维护方面都面临一定挑战，但同时也为其提供了独特的性能优势。

 

扫描透射电镜的原理

 

扫描透射电子显微镜通过高能电子束与样品相互作用来获取材料微观结构信息。其核心是电子光学系统，利用电磁透镜将电子束聚焦至纳米甚至原子尺度，对样品表面进行扫描。当电子束穿透样品时，会与样品中的原子产生多种相互作用，产生透射电子、散射电子、特征X射线等信号，这些信号被探测器接收并转化为图像或光谱信息，从而揭示样品的微观结构和化学成分。

 

 

STEM的主要成像模式包括明场像（BF-STEM）、暗场像（DF-STEM）和高角环形暗场像（HAADF-STEM）

 

扫描透射电镜在材料科学中的应用

 

在纳米材料表征领域，STEM凭借其高空间分辨率展现出巨大价值。些信息对于深入了解纳米材料的性能和优化其制备工艺至关重要。

 

FIB+HRTEM+EELS  纳米线截面观察及能谱分析

 

在界面与表面分析方面，STEM同样表现出色。它能够清晰地揭示异质界面的原子排列和化学组成情况，为研究人员理解界面效应以及设计新型异质结构提供了关键信息。通过对界面原子级别的观察和分析，可以更好地把握材料在实际应用中的性能表现，为材料的进一步改进和创新提供理论依据。在缺陷与位错研究中，STEM的高分辨成像能力和对晶体结构的高度敏感性使其成为理想的研究工具。借助STEM，研究者可以直观地观察位错、层错、晶界等缺陷的原子结构，深入分析其形成机制以及对材料性能产生的影响。这对于优化材料的性能和开发新型高性能材料具有重要的指导意义。

 

结论

 

扫描透射电子显微镜作为现代材料科学研究的重要工具，在纳米材料表征、界面分析、缺陷研究等多个关键领域发挥着不可或缺的作用。