显微学一直是科学探索和技术创新的中流砥柱。随着技术不断发展，显微镜的分辨率和成像能力也随之提升，使科学家能够深入探索微观世界。场发射透射电子显微镜（FE-TEM）和透射电子显微镜-场发射投射电子显微镜（TEM-FEG）是目前最先进的显微技术，它们以卓越的分辨率、灵敏度和多功能性，为揭开微观世界的奥秘提供了前所未有的机会。

场发射透射电子显微镜（FE-TEM）

原理

FE-TEM利用场发射源产生的单色电子束轰击样品，电子束穿过样品后会产生各种信号，包括透射电子（TEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、电子能量损失谱（EELS）和能量色散X射线光谱（EDX）。这些信号包含了样品结构、化学成分和电子特性等丰富的信息。

高分辨率成像

FE-TEM的分辨率可达到亚埃级，能够清晰地分辨原子和分子结构。这种令人难以置信的分辨率使科学家能够研究纳米材料、催化剂、生物大分子和电子器件等广泛的材料。

化学成分分析

EELS和EDX技术使FE-TEM不仅能够成像，还可以分析样品的化学成分。通过测量电子与样品相互作用后产生的信号，科学家可以确定样品中存在的元素类型和浓度。

多功能性

FE-TEM配备了各种附件，使其能够执行多种成像和分析模式。例如，低温FE-TEM可用于研究材料在低温下的结构和特性，而原位FE-TEM可用于实时观察材料的动态变化。

透射电子显微镜-场发射投射电子显微镜（TEM-FEG）

原理

TEM-FEG与FE-TEM类似，但它使用场发射源产生的更细的电子束，并采用投射电子显微镜模式，仅收集穿透样品的电子。

高角环形暗场成像（HAADF）

HAADF成像是TEM-FEG的一大优势，它通过收集散射在样品中大原子序数元素上的高角度电子来形成图像。这种技术能够突出显示样品中重元素的分布，从而提供材料内部结构的详细研究。

扫描透射电子显微镜谱学成像

TEM-FEG还可以执行STEM谱学成像，通过同时收集HAADF图像和EELS或EDX信号来分析样品的结构和化学成分。

原子分辨成像

在理想条件下，TEM-FEG的分辨率可以达到原子级，使科学家能够直接观察材料中的单个原子。

应用

FE-TEM和TEM-FEG在广泛的科学和工程领域都有着重要的应用，包括：

材料科学：研究纳米材料、合金、陶瓷和复合材料的结构和性质。

催化：分析催化剂的活性位点和反应机制。

生物学：成像生物大分子、病毒和细胞器。

半导体：表征电子器件和集成电路中的缺陷和界面。

地质学：研究岩石、矿物和化石的构造和成分。

场发射透射电子显微镜（FE-TEM）和透射电子显微镜-场发射投射电子显微镜（TEM-FEG）是探索微观世界的强大工具。它们提供的超高分辨率、灵敏度和多功能性，使科学家能够深入研究各种材料的结构、化学成分和特性。随着技术的不断发展，这些显微镜技术的应用范围还会进一步扩大，为科学发现和技术创新注入新的活力。