锂电知识必备（9）——透射电子显微镜（TEM）

这是该锂电知识必备系列文章的第9篇，希望大家可以持续关注。

上一篇讲到扫描电子显微镜（SEM），其实在扫描电镜发明之前，透射电子显微镜（透射电镜）已经问世。1932年，德国柏林工业大学高压实验室的卡诺尔和卢卡斯成功试制成功电子显微镜，这是世界上第一台透射电镜。

相较于扫描电镜，透射电镜具有更高的分辨率。不仅可以用衍射模式来研究晶体的结构，还可以在成像模式下得到样品的高分辨像，得到材料的微观结构。

工作原理

透射电镜和扫描电镜一样，利用聚焦电子束作为照明源，不同的是，透射电镜是以透射电子为成像信号，而扫描电镜是以二次电子、背散射电子等为成像信号（如下图所示）。

图片来源：施明哲《扫描电镜和能谱仪的原理与实用分析技术》

由于透射电镜样品需要很薄，大部分电子会穿透样品，其强度分布与所观察样品的形貌、组织、结构一一对应。透过样品后的电子束经物镜汇聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大的电子像投射在观察室内的荧光屏板供使用者观察。图像的明暗与样品的原子序数、电子密度、厚度等相关。

透射电镜按照加速电压分类，可分为低压透射电镜（＜200KV），高压透射电镜（200~400KV）和超高压透射电镜（＞400KV）。按照分辨率可分为低分辨率和高分辨率透射电镜。

为了方便对透射电镜与扫描电镜的结构比较，大家可参考下面这个简略图（其中，样品位置不同是很大的不同点）。

图片来源：施明哲《扫描电镜和能谱仪的原理与实用分析技术》

透射电镜和扫描电镜在分辨力和焦点深度等方面也是不同的（如下图所示）。

图片来源：施明哲《扫描电镜和能谱仪的原理与实用分析技术》

透射电镜在锂电材料中的应用

LiNi_0.9Co_0.1O₂的TEM及相应的元素分布（图片来源：孔德飞硕士论文）

SnO₂纳米单晶HRTEM（高分辨率透射电镜）图（图片来源：梁英博士论文）

附：参考文献

[1] 张保林, 透射电镜与扫描电镜分析

[2] 施明哲《扫描电镜和能谱仪的原理与实用分析技术》