1、簡(jiǎn)介

透射電子顯微鏡（TEM），是一種把經(jīng)加速和聚集的電子束透射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度等相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像，影像在放大、聚焦后在成像器件（如熒光屏，膠片以及感光耦合組件）上顯示出來(lái)的顯微鏡。 

     掃描電子顯微鏡（SEM）是1965年發(fā)明的較現代的細胞生物學(xué)研究工具，主要是利用二次電子信號成像來(lái)觀(guān)察樣品的表面形態(tài)，即用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過(guò)電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應，其中主要是樣品的二次電子發(fā)射。

     無(wú)論是SEM還是TEM，其主要目的都是成像。

     2、結構差異

主要體現在樣品在電子束光路中的位置不同。透射電鏡的樣品在電子束中間，電子源在樣品上方發(fā)射電子，經(jīng)過(guò)聚光鏡，然后穿透樣品后，有后續的電磁透鏡繼續放大電子光束，最后投影在熒光屏幕上；掃描電鏡的樣品在電子束末端，電子源在樣品上方發(fā)射的電子束，經(jīng)過(guò)幾級電磁透鏡縮小，到達樣品。當然后續的信號探測處理系統的結構也會(huì )不同，但從基本物理原理上講沒(méi)什么實(shí)質(zhì)性差別。

     相同之處：都是電真空設備，使用絕大部分部件原理相同，例如電子槍?zhuān)磐哥R，各種控制原理，消象散，合軸等等。

     3、基本工作原理
     透射電鏡：電子束在穿過(guò)樣品時(shí)，會(huì )和樣品中的原子發(fā)生散射，樣品上某一點(diǎn)同時(shí)穿過(guò)的電子方向是不同，這樣品上的這一點(diǎn)在物鏡1-2倍焦距之間，這些電子通過(guò)過(guò)物鏡放大后重新匯聚，形成該點(diǎn)一個(gè)放大的實(shí)像，這個(gè)和凸透鏡成像原理相同。這里邊有個(gè)反差形成機制理論比較深就不講，但可以這么想象，如果樣品內部是絕對均勻的物質(zhì)，沒(méi)有晶界，沒(méi)有原子晶格結構，那么放大的圖像也不會(huì )有任何反差，事實(shí)上這種物質(zhì)不存在，所以才會(huì )有這種牛逼儀器存在的理由。經(jīng)過(guò)物鏡放大的像進(jìn)一步經(jīng)過(guò)幾級中間磁透鏡的放大（具體需要幾級基本上是由電子束亮度決定的,如果亮度無(wú)限大，最終由阿貝瑞利的光學(xué)儀器分辨率公式?jīng)Q定），最后投影在熒光屏上成像。由于透射電鏡物鏡焦距很短，也因此具有很小的像差系數，所以透射電鏡具有非常高的空間分辨率，0.1-0.2nm，但景深比較小，對樣品表面形貌不敏感，主要觀(guān)察樣品內部結構。

     掃描電鏡：電子束到達樣品，激發(fā)樣品中的二次電子，二次電子被探測器接收，通過(guò)信號處理并調制顯示器上一個(gè)像素發(fā)光，由于電子束斑直徑是納米級別，而顯示器的像素是100微米以上，這個(gè)100微米以上像素所發(fā)出的光，就代表樣品上被電子束激發(fā)的區域所發(fā)出的光。實(shí)現樣品上這個(gè)物點(diǎn)的放大。如果讓電子束在樣品的一定區域做光柵掃描，并且從幾何排列上一一對應調制顯示器的像素的亮度，便實(shí)現這個(gè)樣品區域的放大成像。具體圖像反差形成機制不講。由于掃描電鏡所觀(guān)察的樣品表面很粗糙，一般要求較大工作距離，這就要求掃描電鏡物鏡的焦距比較長(cháng)，相應的相差系數較大，造成最小束斑尺寸下的亮度限制，系統的空間分辨率一般比透射電鏡低得多1-3納米。但因為物鏡焦距較長(cháng)，圖像景深比透射電鏡高的多，主要用于樣品表面形貌的觀(guān)察，無(wú)法從表面揭示內部結構，除非破壞樣品，例如聚焦離子束電子束掃描電鏡FIB-SEM,可以層層觀(guān)察內部結構。

     透射電鏡和掃描電鏡二者成像原理上根本不同。透射電鏡成像轟擊在熒光屏上的電子是那些穿過(guò)樣品的電子束中的電子，而掃描電鏡成像的二次電子信號脈沖只作為傳統CTR顯示器上調制CRT三極電子槍柵極的信號而已。透射電鏡我們可以說(shuō)是看到了電子光成像，而掃描電鏡根本無(wú)法用電子光路成像來(lái)想象。

     4、樣品制備
     TEM: 電子的穿透能力很弱，透射電鏡往往使用幾百千伏的高能量電子束，但依然需要把樣品磨制或者離子減薄或者超薄切片到微納米量級厚度，這是最基本要求。透射制樣是學(xué)問(wèn)，制樣好壞很多情況要靠運氣，北京大學(xué)物理學(xué)院電子顯微鏡實(shí)驗室，制樣室都貼著(zhù)制樣過(guò)程規范，結語(yǔ)是祝你好運！

     SEM: 幾乎不用制樣，直接觀(guān)察。大多數非導體需要制作導電膜，絕大多數幾分鐘的搞定， 含水的生物樣品需要固定脫水干燥，又要求不變形，比較麻煩，自然干燥還要曬幾天吧。
    二者對樣品共同要求：固體，盡量干燥，盡量沒(méi)有油污染，外形尺寸符合樣品室大小要求。

     5、案例展示