掃描透射電鏡用電子束在樣品的表面掃描，通過(guò)電子穿透樣品成像。掃描透射電鏡技術(shù)要求較高，要非常高的真空度，并且電子學(xué)系統(tǒng)比透射電鏡和掃描電鏡都要復(fù)雜。

掃描透射電鏡是什么

　　掃描透射電鏡是指透射電子顯微鏡中有掃描附件者，尤其是指采用場(chǎng)發(fā)射電子槍作成的掃描透射電鏡。掃描透射電子顯微分析是綜合了掃描和普通透射電子分析的原理和特點(diǎn)而出現(xiàn)的一種新型分析方式。

　　掃描透射電鏡是透射電子顯微鏡的一種發(fā)展。掃描線圈迫使電子探針在薄膜試樣上掃描，與掃描電子顯微鏡不同之處在于探測(cè)器置于試樣下方，探測(cè)器接受透射電子束流或彈性散射電子束流，經(jīng)放大后，在熒光屏上顯示與常規(guī)透射電子顯微鏡相對(duì)應(yīng)的掃描透射電鏡的明場(chǎng)像和暗場(chǎng)像。

掃描透射電鏡的工作原理

　　掃描透射電鏡成像方式與掃描電鏡相似，不過(guò)接收的不是次級(jí)電子而是透射電子(包括部分小角散射電子)。樣品也必須是薄膜，掃描透射電鏡的分辨本領(lǐng)與電子束斑直徑相當(dāng)。專門的掃描透射電鏡用高亮度場(chǎng)致發(fā)射電子槍(要求10^-10托的超高真空)。分辨本領(lǐng)能達(dá)0.3nm。

　　掃描透射電鏡成像不同于一般的平行電子束TEM，EDS成像，它是利用會(huì)聚的電子束在樣品上掃描來(lái)完成的。在掃描模式下，場(chǎng)發(fā)射電子源發(fā)射出電子，通過(guò)在樣品前磁透鏡以及光闌把電子束會(huì)聚成原子尺度的束斑。電子束斑聚焦在試樣表面后，通過(guò)線圈控制逐點(diǎn)掃描樣品的一個(gè)區(qū)域。在每掃描一點(diǎn)的同時(shí)，樣品下面的探測(cè)器同步接收被散射的電子。對(duì)應(yīng)于每個(gè)掃描位置的探測(cè)器接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流強(qiáng)度顯示在熒光屏或計(jì)算機(jī)顯示器上。樣品上的每一點(diǎn)與所產(chǎn)生的像點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。從探測(cè)器中間孔洞通過(guò)的電子可以利用明場(chǎng)探測(cè)器形成一般高分辨的明場(chǎng)像。環(huán)形探測(cè)器接受的電子形成暗場(chǎng)像。

　　利用掃描透射電鏡已觀察到輕元素支持膜上的單個(gè)重原子。對(duì)實(shí)際工作尤為重要的是可以利用它的微小電子束斑作極微區(qū)(幾十埃)的晶體結(jié)構(gòu)分析(用電子衍射)和成分分析(用電子束激發(fā)的標(biāo)識(shí)X射線或者用電子能量損失譜)。目前商品透射電鏡可以帶有掃描透射電鏡附件，不過(guò)因?yàn)闆](méi)有高亮度場(chǎng)致發(fā)射槍，所以只能將束斑縮到幾十埃。能做約10nm范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)和成分分析。能在觀察顯微像的同時(shí)在其任意一個(gè)微小的局部做上述分析的電鏡叫“分析電鏡”。

掃描透射電鏡的特點(diǎn)

　　1、掃描透射電鏡技術(shù)要求較高，要非常高的真空度，并且電子學(xué)系統(tǒng)比TEM和SEM都要復(fù)雜。

　　2、加速電壓低，可顯著減少電子束對(duì)樣品的損傷，而且可大大提高圖像的襯度，特別適合于有機(jī)高分子、生物等軟材料樣品的透射分析。

　　3、可以觀察較厚的試樣和低襯度的試樣。

　　4、掃描透射模式時(shí)物鏡的強(qiáng)激勵(lì)，可以實(shí)現(xiàn)微區(qū)衍射。

　　5、應(yīng)用掃描電鏡的掃描透射電鏡模式觀察生物樣品時(shí)，樣品無(wú)需染色直接觀察即可獲得較高襯度的圖像。

掃描透射電鏡的應(yīng)用

　　透射電鏡的加速電壓較高(一般為120-200kV)，對(duì)于有機(jī)高分子、生物等軟材料樣品的穿透能力強(qiáng)，形成的透射像襯度低，而掃描電鏡的加速電壓較低(一般用10-30kV)，應(yīng)用掃描透射電鏡成透射像，可大大提高像的襯度。

　　應(yīng)用透射電鏡觀察生物樣品時(shí)，由于樣品的襯度很低，須經(jīng)過(guò)鈾、鉛等重金屬染色才能獲得其結(jié)構(gòu)信息，然而染色不僅麻煩而且可能會(huì)改變樣品的結(jié)構(gòu)。在應(yīng)用掃描透射電鏡觀察生物樣品時(shí)，樣品無(wú)需染色直接觀察即可獲得較高襯度的圖像。

　　除了可顯著提高透射像的襯度外，應(yīng)用掃描透射電鏡成像還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可對(duì)樣品同時(shí)成掃描二次電子像和透射像，既可以得到同一位置的表面形貌信息又可以得到內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，避免了在掃描電鏡和透射電鏡之間轉(zhuǎn)換樣品、定位樣品的麻煩。

　　總之，隨著科學(xué)研究的深入對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的要求越來(lái)越高，掃描透射電鏡由于其襯度高、損傷小等特點(diǎn)，非常適合于有機(jī)高分子、生物等軟材料的結(jié)構(gòu)分析，將在此類材料的分析表征中發(fā)揮不可替代的作用。