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透射電子顯微鏡是把經加速和聚集的電子束投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，從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、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。

透射電鏡成像原理

透射電鏡可用于觀測微粒的尺寸、形態、粒徑大小、分布狀況、粒徑分布范圍等，并用統計平均方法計算粒徑，一般的電鏡觀察的是產物粒子的顆粒度而不是晶粒度。高分辨電子顯微鏡(HRTEM)可直接觀察微晶結構，尤其是為界面原子結構分析提供了有效手段，它可以觀察到微小顆粒的固體外觀，根據晶體形貌和相應的衍射花樣、高分辨像可以研究晶體的生長方向。

23、X射線光電子能譜（XPS）

X射線光電子能譜簡稱XPS或ESCA，就是用X射線照射樣品表面，使其原子或分子的電子受激而發射出來，測量這些光電子的能量分布，從而獲得所需的信息。隨著微電子技術的發展，XPS也在不斷完善，目前，已開發出的小面積X射線光電子能譜，大大提高了XPS的空間分辨能力。通過對樣品進行全掃描，在一次測定中即可檢測出全部或大部分元素。因此，XPS已發展成為具有表面元素分析、化學態和能帶結構分析以及微區化學態成像分析等功能強大的表面分析儀器。

X射線光電子能譜儀

X射線光電子能譜的理論依據就是愛因斯坦的光電子發散公式。根據Einstein的能量關系式有:

by=Eb+Ek

式中，入射光子能量by是已知的，借助光電子能譜儀可以測出光電過程中被入射光子所激發出的光電子能量Ek，從而可求出內層電子的軌道結合能Eb。由于各種原子都有一定結構，所以知道Eb值后，即能夠對樣品進行元素分析鑒定。

XPS作為研究材料表面和界面電子及原子結構的最重要手段之一，原則上可以測定元素周期表上除氫、氦以外的所有元素。

其主要功能及應用有三方面:

• 第一，可提供物質表面幾個原子層的元素定性、定量信息和化學狀態信息;
• 第二，可對非均相覆蓋層進行深度分布分析，了解元素隨深度分布的情況;
• 第三，可對元素及其化學態進行成像，給出不同化學態的不同元素在表面的分布圖像等。

24、掃描電子顯微鏡（SEM）

掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope），簡稱SEM，是1965年發明的較現代的細胞生物學研究工具，主要是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態，即用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的相互作用產生各種效應，其中主要是樣品的二次電子發射。二次電子能夠產生樣品表面放大的形貌像，這個像是在樣品被掃描時按時序建立起來的，即使用逐點成像的方法獲得放大像。

SEM的主要工作原理：電子槍透過熱游離或是場發射原理產生高能電子束，經過電磁透鏡組后，可以將電子束聚焦至試片上，利用掃描線圈偏折電子束，在試片表面上做二度空間的掃描。當電子束與試片作用時，會產生各種不同的訊號，如二次電子、背向散射電子、吸收電子、歐杰電子、特微X光等。在一般掃描式電子顯微鏡偵測系統上，主要為偵測二次電子及背向散射電子成像，這些訊號經過放大處理后即可成像觀察。

掃描電子顯微鏡是一種多功能的儀器、具有很多優越的性能、是用途最為廣泛的一種儀器．它可以進行如下基本分析：

（1）三維形貌的觀察和分析；

（2）在觀察形貌的同時，進行微區的成分分析。

① 、觀察納米材料，所謂納米材料就是指組成材料的顆粒或微晶尺寸在0.1-100nm范圍內，在保持表面潔凈的條件下加壓成型而得到的固體材料。

②、材料斷口的分析：掃描電子顯微鏡的另一個重要特點是景深大，圖象富立體感。掃描電子顯微鏡的焦深比透射電子顯微鏡大10倍，比光學顯微鏡大幾百倍。由于圖象景深大，故所得掃描電子象富有立體感，具有三維形態，能夠提供比其他顯微鏡多得多的信息，這個特點對使用者很有價值。

③、直接觀察大試樣的原始表面，它能夠直接觀察直徑100mm，高50mm，或更大尺寸的試樣，對試樣的形狀沒有任何限制，粗糙表面也能觀察，這便免除了制備樣品的麻煩

④、觀察厚試樣，其在觀察厚試樣時，能得到高的分辨率和最真實的形貌。

⑤、觀察試樣的各個區域的細節。試樣在樣品室中可動的范圍非常大，其他方式顯微鏡的工作距離通常只有2-3cm，故實際上只許可試樣在兩度空間內運動，但在掃描電子顯微鏡中則不同。試樣在三度空間內有6個自由度運動（即三度空間平移、三度空間旋轉）。且可動范圍大，這對觀察不規則形狀試樣的各個區域帶來極大的方便。

掃描電鏡儀器外觀

掃描電鏡下的多種植物花粉

掃描電鏡下的靜電紡絲