正确选择透射电镜的不同模式——TEM,HRTEM,HAADF-STEM

透射电子显微镜（TEM）是材料科学领域不可或缺的工具，其高分辨率和放大倍数使其成为观察微观结构的理想选择。然而，随着技术的发展，TEM已经衍生出多种不同的模式，每种模式都有其独特的优缺点和适用场景。本文将重点介绍普通TEM、高分辨TEM（HRTEM）和扫描透射电子显微镜（STEM，特别是HAADF-STEM）这三种模式，并探讨它们在实际研究中的应用。

普通TEM在材料形貌观察中的应用

普通TEM是最常见的透射电镜模式，主要用于观察材料的微观形貌和结构。它的分辨率通常在几个纳米数量级，足以观察催化剂粉末的轮廓外形、纳米粒子的尺寸和形貌等。普通TEM有两种主要的成像模式：明场像和暗场像。

明场像通过收集透射电子成像，样品越厚或质量越大，图像越暗。这种模式下，整个视野内比较明亮，适合观察样品的大小、尺寸和形貌等信息。相比之下，暗场像通过收集散射电子成像，样品越厚或质量越大，图像越亮。这种模式可以用来分辨样品中不同区域的晶粒，特别是在满足布拉格衍射条件的区域会特别亮。

HRTEM助力原子级结构解析

HRTEM的分辨率已经达到了原子级别，理论上能够看清一个一个的原子。这使得HRTEM成为观察晶体内部结构、原子排布以及精细结构（如位错、孪晶等）的理想工具。然而，要从HRTEM图像中获得准确的材料结构信息并非易事，需要样品足够薄（弱相位近似）并在Scheerzer欠焦条件下拍摄。此外，HRTEM图像的解释往往需要借助软件模拟和实际照片比对。

HAADF-STEM在单原子催化研究中的优势

STEM，特别是HAADF-STEM，与TEM和HRTEM最大的区别在于其成像方式。STEM通过一点一点地扫描样品，然后收集散射电子成像，类似于激光器光源，而TEM和HRTEM更像是手电筒光源。HAADF-STEM特别适合观察更精细的结构和更低浓度的成分，例如近年来很火的单原子催化研究。HAADF-STEM能够直接反应原子的信息，避免了TEM和HRTEM中复杂的衍射衬度和相干成像问题。

选择合适电镜模式的关键因素

选择合适的透射电镜模式取决于研究的具体需求。如果只需要观察样品的宏观形貌，普通TEM的明场或暗场模式就足够了。如果需要观察晶体内部结构或原子排布，HRTEM是更好的选择。而对于更精细的结构观察，特别是单原子级别的研究，HAADF-STEM则更为适合。

值得注意的是，每种模式都有其局限性。例如，HRTEM需要非常薄的样品，而HAADF-STEM虽然分辨率高，但对样品的损伤也较大。因此，在选择电镜模式时，还需要考虑样品的性质和研究的具体目标。

总的来说，透射电镜的不同模式为材料科学家提供了强大的工具，使他们能够深入观察和理解材料的微观结构。正确选择合适的电镜模式，可以大大提高研究的效率和准确性，为新材料的开发和性能优化提供关键的微观信息。