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原位透射電鏡：當動態(tài)觀察遇上高分辨率

來源：時間：2024-03-08 11:24:06 瀏覽：1719次

原位透射電鏡：當動態(tài)觀察遇上高分辨率

原位透射電鏡（In-situ Transmission Electron Microscopy，簡稱TEM）是一種結(jié)合了高分辨率成像和動態(tài)觀察功能的先進顯微技術；它能夠在不斷改變樣品條件下，實時觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能變化，為材料科學研究提供了強大的工具。

一、原理

原位透射電鏡是基于傳統(tǒng)透射電鏡（Transmission Electron Microscope，簡稱TEM）的原理，通過在樣品和電子源之間引入一個動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對樣品的高分辨率成像和實時動態(tài)觀察。

原位透射電鏡主要包括以下幾個部分：

1. 電子源：產(chǎn)生高能電子束，用于照射樣品。

2. 樣品：位于電子束 path 上，可以是各種固體材料，如晶體、薄膜、納米結(jié)構(gòu)等。

3. 電磁透鏡：對電子束進行聚焦和放大，形成高分辨率成像。

4. 動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)：用于實時改變樣品條件，如溫度、壓力、應變等。

5. 信號檢測與處理系統(tǒng)：收集樣品產(chǎn)生的信號，如電子衍射、透射信號等，并進行數(shù)據(jù)處理和圖像重建。

二、優(yōu)勢

1. 高分辨率成像：原位透射電鏡具有極高的空間分辨率，可以觀察到樣品納米級別的細節(jié)，揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)。

2. 實時動態(tài)觀察：通過動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，可以實時改變樣品條件，觀察材料在不同環(huán)境下的性能變化，為研究材料力學、電學、光學等性能提供有力支持。

3. 廣泛應用領域：原位透射電鏡適用于各種固體材料的研究，如晶體、薄膜、納米結(jié)構(gòu)、生物樣品等。

4. 無需破壞樣品：與傳統(tǒng)實驗方法相比，原位透射電鏡可以在不斷改變樣品條件下進行觀察，無需破壞樣品，避免了樣品制備的復雜過程。

5. 結(jié)合其他技術：原位透射電鏡可以與其他技術（如電子能量損失譜、原子力顯微鏡等）相結(jié)合，實現(xiàn)對樣品的多角度分析。

三、應用實例

1. 材料力學研究：通過原位透射電鏡，可以實時觀察材料在力學作用下的微觀結(jié)構(gòu)變化，如塑性變形、裂紋擴展等。

2. 材料疲勞研究：原位透射電鏡可以用于觀察材料在循環(huán)載荷作用下的微觀損傷演化過程，為疲勞壽命預測提供依據(jù)。

3. 材料相變研究：通過原位透射電鏡，可以實時觀察材料在溫度、壓力等條件變化下的相變過程，揭示相變機理。

4. 納米器件制造與測試：原位透射電鏡可以用于觀察納米器件的制造過程，如薄膜沉積、納米線生長等，并對其性能進行實時測試。

5. 生物樣品研究：原位透射電鏡可以用于觀察生物樣品在生理條件下的微觀結(jié)構(gòu)變化，如細胞膜動態(tài)過程、病毒感染等。

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