透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)是一种使用电子束来成像的显微镜技术,可以用来观察物质内部的精细结构。与光学显微镜不同的是,TEM使用电子而非可见光作为成像媒介,因此能够达到更高的分辨率。以下是TEM的基本工作原理:
1. **电子源**:TEM的核心是一个高质量的电子源,通常使用钨或镧六硼作为发射材料。这个电子源产生一束非常细的电子流。
2. **聚光镜**:产生的电子束通过一个或多个聚光镜(Condenser lenses),这些磁性透镜的作用是将电子束聚焦到一个非常小的点上,以提高分辨率。
3. **样品室**:经过聚焦后的电子束照射到样品上。样品必须非常薄,通常只有几百纳米厚,这样才能让电子穿过。样品通常放置在一个可以倾斜的支架上,以改变其相对于电子束的角度。
4. **物镜**:穿过样品的电子由物镜(Objective lens)进一步聚焦,形成一个放大的图像。物镜是TEM中最关键的透镜,因为它决定了显微镜的分辨率和对比度。
5. **中间镜和投影镜**:物镜形成的图像再通过中间镜(Intermediate lenses)进行放大,并由投影镜(Projector lens)最终投射到荧光屏或相机上进行记录。
6. **图像记录**:早期的TEM使用荧光屏直接观察图像,并可能用照相机拍摄下来。现代TEM则更多地使用CCD(电荷耦合器件)或CMOS传感器来记录图像,并在计算机屏幕上显示出来。
透射电镜的一个重要特点是它能提供亚纳米级的空间分辨率,这对于研究晶体结构、纳米材料以及生物细胞内的超微结构等具有重要意义。然而,由于样品需要非常薄,制备样品的过程可能会比较复杂且容易损坏样品。