SEM和TEM：透视微观世界的两种利器172

在材料科学、生物学、纳米技术等众多领域，探究微观世界结构和成分至关重要。扫描电子显微镜 (SEM) 和透射电子显微镜 (TEM) 作为两种强大的表征技术，为我们揭示了物质的微观奥秘。然而，它们的工作原理、应用范围和获得的信息存在显著差异。本文将详细探讨 SEM 和 TEM 分别测量什么，以及它们各自的优缺点。

扫描电子显微镜 (SEM)：表面形貌的王者

SEM 是一种利用聚焦电子束扫描样品表面，通过探测样品产生的各种信号来成像的显微技术。其核心在于电子束与样品物质的相互作用。高能电子束撞击样品表面，激发出多种信号，包括二次电子、背散射电子、特征X射线和俄歇电子等。SEM 主要利用二次电子来成像，从而获得样品表面的高分辨率三维形貌信息。

SEM 测什么？

SEM 的主要应用在于观察样品的表面形貌，它能够提供高分辨率的三维图像，清晰地展现样品的表面结构、纹理、裂纹、孔洞等细节。其分辨率通常在 1-10 nm 之间，比光学显微镜高出几个数量级。除了形貌信息外，SEM 还可以通过不同的探测器获得其他信息：
成分信息：通过能量色散X射线谱仪 (EDS) 可以分析样品表面的元素组成和含量，实现元素的定性和定量分析。
晶体结构信息：背散射电子成像可以提供样品表面的晶体取向信息，显示晶粒大小和取向差异。
电性信息：通过探测样品表面产生的电子束感应电流，可以研究样品的导电性等电学特性。
磁性信息：利用磁性对比度成像技术，可以观察样品的磁畴结构。

SEM 的优势：
样品制备相对简单，无需进行超薄切片等复杂处理。
成像速度快，可以快速获得样品的表面形貌信息。
能够观察较大的样品，视野范围相对较大。
可以与 EDS 等多种探测器联用，获得样品的多种信息。

SEM 的局限性：
分辨率不如 TEM 高，难以观察纳米尺度的精细结构。
成像深度有限，主要观察的是样品表面信息。
对样品导电性有一定的要求，非导电样品需要进行镀膜处理。

透射电子显微镜 (TEM)：内部结构的探秘者

TEM 是一种利用高能电子束穿透样品，通过电子束与样品物质的相互作用来成像的显微技术。与 SEM 不同，TEM 需要将样品制备成极薄的超薄切片，以确保电子束能够穿透样品。电子束穿过样品后，携带了样品的结构信息，通过一系列电磁透镜聚焦成像。

TEM 测什么？

TEM 主要用于观察样品的内部结构，例如晶体结构、缺陷、相变等。其分辨率极高，可以达到原子级别，是研究纳米材料微观结构的利器。TEM 可以提供以下信息：
晶体结构信息：通过电子衍射技术可以确定样品的晶体结构、晶格参数和晶体取向。
缺陷信息：可以观察到样品内部的各种缺陷，例如位错、孪晶、空位等。
相结构信息：可以区分样品中的不同相，并分析其分布和形貌。
元素分布信息：通过能量过滤 TEM (EFTEM) 或能量色散 X 射线谱仪 (EDS) 可以获得样品内部的元素分布信息。
电子结构信息：高分辨 TEM (HRTEM) 可以直接观察到晶体的原子排列，并获得样品的电子结构信息。

TEM 的优势：
分辨率极高，可以达到原子级别。
可以观察样品的内部结构，而不是仅仅是表面信息。
可以获得样品的多种信息，包括晶体结构、缺陷、元素分布等。

TEM 的局限性：
样品制备非常复杂，需要将样品制备成极薄的超薄切片。
设备价格昂贵，操作复杂。
样品容易受到电子束的损伤。
视野范围相对较小。

总结

SEM 和 TEM 都是强大的微观表征技术，但它们各有侧重。SEM 主要用于观察样品的表面形貌，而 TEM 主要用于观察样品的内部结构。选择哪种技术取决于研究目的和样品的特性。在实际应用中，常常将 SEM 和 TEM 结合使用，以获得更全面、更深入的样品信息，从而更好地理解材料的结构与性能之间的关系。

2025-04-05

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