SEM与TEM：透射电镜与扫描电镜的原理、应用及区别106

扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）都是强大的显微技术，广泛应用于材料科学、生物学、医学等众多领域。它们都能对微观结构进行观察，但其工作原理、成像机制、应用范围和图像特征却存在显著差异。本文将详细阐述SEM和TEM的原理、应用以及它们之间的区别，帮助读者更好地理解这两种重要的显微技术。

一、扫描电子显微镜（SEM）

SEM利用聚焦的电子束扫描样品表面，通过探测样品表面产生的各种信号来成像。这些信号包括二次电子（SE）、背散射电子（BSE）、特征X射线等。二次电子主要来自样品表面的几个纳米范围，因此SEM图像具有良好的表面形貌信息，能够清晰地显示样品的表面结构、纹理和三维形态。背散射电子则来自样品内部更深层次，其强度与样品的原子序数有关，因此BSE图像可以提供样品成分的信息。特征X射线则可以用于元素分析，确定样品中不同元素的种类和含量。

SEM的优点在于：
样品制备相对简单，无需进行超薄切片等复杂的预处理。
可以观察较大的样品，具有较大的景深，图像具有立体感。
可以进行多种信号的探测，提供样品形貌、成分等多种信息。
分辨率较高，可达到纳米级。

SEM的应用非常广泛，包括：
材料科学：观察金属、陶瓷、聚合物等材料的微观结构，研究材料的断裂机制、相变等。
生物学：观察细胞、组织、微生物等生物样品的形态结构。
医学：观察组织切片、病理样本等，辅助疾病诊断。
半导体工业：检测芯片的缺陷，控制生产工艺。

二、透射电子显微镜（TEM）

TEM利用高能电子束穿透样品，通过样品对电子的散射来成像。样品需要制备成极薄的切片（通常厚度为几十纳米），才能使电子束穿透。TEM图像显示的是样品的内部结构，可以观察到晶体结构、缺陷等微观信息。通过不同的成像模式，TEM可以提供样品的晶体结构、晶格缺陷、电子结构等信息。

TEM的优点在于：
分辨率极高，可达到亚埃级，可以观察到原子尺度的细节。
可以提供样品内部结构的丰富信息，例如晶体结构、位错、晶界等。
可以进行电子衍射分析，确定样品的晶体结构。

TEM的缺点在于：
样品制备过程复杂，需要进行超薄切片等预处理，对样品有一定的破坏性。
只能观察非常薄的样品，限制了样品的尺寸和种类。
仪器价格昂贵，操作复杂。

TEM的应用主要包括：
材料科学：研究材料的晶体结构、相变、缺陷等。
纳米科学：观察纳米材料的形貌和结构。
生物学：观察细胞器、病毒等生物样品的超微结构。

三、SEM和TEM的区别

下表总结了SEM和TEM的主要区别：| 特性 | SEM | TEM |
|--------------|------------------------------------|---------------------------------------|
| 成像原理 | 电子束扫描样品表面，探测二次电子等信号 | 电子束穿透样品，探测透射电子 |
| 样品制备 | 相对简单 | 复杂，需要超薄切片 |
| 样品厚度 | 可观察较厚样品 | 需要极薄样品 |
| 成像信息 | 表面形貌，成分信息 | 内部结构，晶体结构，电子结构 |
| 分辨率 | 纳米级 | 亚埃级 |
| 景深 | 较大 | 较小 |
| 应用范围 | 材料、生物、医学等 | 材料、纳米科学、生物学等 |

总而言之，SEM和TEM都是重要的微观分析技术，它们各有优缺点，适用于不同的研究对象和目的。选择哪种显微镜取决于具体的应用需求。 对于需要观察样品表面形貌和成分信息的，SEM是理想的选择；而对于需要观察样品内部结构和原子尺度细节信息的，TEM是必不可少的工具。 在一些情况下，两种技术可以结合使用，以获得更全面、更深入的样品信息。

2025-06-16

上一篇：SEM案例分析：从策略到执行，看SEM如何助力业务增长

下一篇：SEM 应用中的腐蚀问题及应对策略