四维扫描透射电子显微镜技术:从材料微观结构到物性分析

扫描透射电子显微镜(Scanning transmission electron microscopy,STEM)目前已经达到了原子级分辨率,并且由于其具有灵活的多通道成像能力以及强大的与谱学分析相结合的特点,因此在材料科学、生命科学等领域展现出强大的微尺度表征能力。但传统STEM的探测器受单像素积分式探测机制的限制,使其只能收集特定角度的散射电子,这导致不仅丢失了散射电子的角分辨信息,还降低了入射电子的剂量效率,因此迫切需要发展全新成像技术来实现高通量、高电子剂量效率成像。近年来,电子探测技术和分区或像素化探测器的研发联合计算机运算、存储能力的大幅提高,推动了四维扫描透射电子显微镜技术(Four-dimensional scanning transmission electron microscopy,4D-STEM)的蓬勃发展,并为最大化、最高效挖掘散射电子信息带来希望。在采集4D-STEM数据时,会聚电子束在样品平面上进行二维扫描,与此同时使用一块具有高帧速、高动态范围以及高信噪比的像素化阵列式探测器在远场收集二维的衍射数据。因为这些衍射数据是角度解析的,所以既可以用来进行常规的STEM成像,也可以用来实现前沿的相位衬度成像。例如利用电子叠层重构(Ptychography)技术通过在不同空间位置测量的一系列衍射花样来重建样品物函数。此外,4D-STEM技术还可以被进一步挖掘从而获得更多关于材料内部结构的信息,这为材料的多尺度表征带来机会。本文从4D-STEM技术原理介绍开始,总结了4D-STEM技术从材料微观结构到物性分析方面的一系列应用。具体而言,内容包含了虚拟探测器成像、微区电磁场测量、微区晶体取向测量、微区应变分布测量以及材料局域厚度测量等材料微尺度表征方面的原理和应用。除此之外,利用4D-STEM数据实现的电子叠层重构成像技术因为具有较高的散射电子利用效率,所以在低电子剂量领域展现出极大的应用潜力,因此本文还对4D-STEM技术在低电子剂量领域的应用进行了探讨与展望。总而言之,随着电子探测器以及4D-STEM数据后处理分析软件的快速发展,相信新颖的4D-STEM技术最终将彻底取代传统的扫描透射电子显微镜。

先进的电子断层扫描技术在材料科学中的发展——基于透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜(英文)

介绍了基于透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜的电子断层扫描技术在材料科学领域的最新进展。详细地描述各种电子断层扫描的类型:基于透射电子显微镜的断层扫描技术包括明场断层扫描、暗场断层扫描、弱束暗场断层扫描、环形暗场断层扫描和能量过滤断层扫描;基于扫描透射电子显微镜的断层扫描技术包括高角环形暗场断层扫描、环形暗场断层扫描,非共格明场断层扫描、电子能量损失谱断层扫描和X射线能谱断层扫描。报道了优化的倾转系列,比如双轴倾转、同轴倾转、锥形倾转以及等斜率倾转等。总结了先进的重构算法包括离散迭代重构技术、压缩传感算法以及等斜率算法。最后,提出了电子断层扫描技术在材料科学中的发展趋势。

扫描电镜中透射-反射式STEM明场成像装置的研制及应用

本文研制了一套透射-反射式扫描透射(STEM)明场成像装置,该装置使用背散射电子探头接收经过铂片反射的透射电子信号,可安装在FEI Quanta FEG系列扫描电镜中实现STEM明场成像。分别以埃洛石、Au@ZIF-8纳米颗粒和喷金乳胶标样验证自制STEM明场成像装置的实用性。结果表明:埃洛石STEM明场像的衬度与透射电镜中STEM明场像一致,管腔和管壁具有明显的衬度差异,可以清晰辨识管腔结构;在Au@ZIF-8纳米颗粒的STEM明场像中,Au颗粒衬度较暗,ZIF-8衬度较亮,通过两者之间的衬度差异可以观察到核壳结构;喷金乳胶标样上纳米金颗粒之间可识别的最小距离为2.03 nm,进一步验证了自制STEM明场成像装置具有较高的分辨率。

扫描透射电子显微镜(STEM)在新一代高K栅介质材料的应用

扫描透射电子显微镜(STEM)原子序数衬度像(Z-衬度像)具有分辨率高(可直接"观察"到晶体中原子的真实位置)、对化学组成敏感以及图像直观易解释等优点,成为原子尺度研究材料微结构的强有力工具。本文介绍了STEM Z-衬度像成像原理、方法及技术特点,并结合具体的高K栅介质材料(如铪基金属氧化物、稀土金属氧化物和钙钛矿结构外延氧化物薄膜)对STEM在新一代高K栅介质材料研究中的应用进行了评述。目前球差校正STEM Z-衬度的像空间分辨率已达亚埃级,该技术在高K柵介质与半导体之间的界面微结构表征方面具有十分重要的应用。对此,本文亦进行了介绍。

球差校正扫描透射电子显微镜(ac-STEM)探测单原子催化中的活性中心（英文）

近年来,"单原子催化"逐渐得到人们的认可与关注,成为催化领域新的前沿与热点之一.高分辨扫描透射电子显微镜(STEM),特别是带有球差校正(ac)的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(ac-STEM-HAADF)是唯一能够直接"看到"催化剂中单个原子的工具.在单原子催化的发现、单原子催化剂的开发、催化剂制备的优化、以及单原子催化机理的理解方面具有举足轻重的、甚至是不可替代的作用.本文首先简述了早期的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)逐步发展成目前的ac-STEM-HAADF的过程以及过程中各种电镜在单原子观察中的功能.然后综述了ac-STEM在单原子成像、检测单原子分散度及改进催化剂制备参数、检测单原子催化剂中单原子的配位及催化活性中心中的应用及其机遇与挑战.1990年代后期在透镜相差校正领域技术的突破使STEM的分辨率显著提高,因此STEM的单原子成像灵敏度得到明显改善,因而能够对实用催化剂中的单个重原子进行具有很好相衬度的常规检测.2000年代末期刘景月课题组开始进行系统的单原子催化剂合成与表征,表明ac-STEM-HAADF毫无疑问地能够进行实用催化剂中的单个金属原子的常规检测.随后与张涛课题组合作启动了一项采用简便可放大的共沉淀法制备单原子催化剂的项目并取得成功.相比于光谱表征提供样品平均与整体信息,电子显微镜能够提供具有空间分辨的局部信息.对于含有从微米到纳米不同级别不均一性的多相催化剂而言,该技术尤其具有价值.除了能够提供负载金属单原子的空间分布与分散度信息外,如果载体是晶体,ac-STEM-HAADF还能够提供每个金属原子相对于载体表面的空间配位信息.而对于非晶载体例如活性炭、无定型氧化硅等,则以上信息全部丢失,只能提供负载金属原子的空间分布与分散度信息.电子显微镜面临的最主要挑战在于电子束辐射效应:高能电子与样品作用会导致表面金属原子的迁移、表面官能团的消失或改变以及损坏样品等;还会引起环境电镜中气体的离子化.对于大多数催化剂而言,采用低能量电子束能够有效减少电子束辐射影响.由于电子束影响,目前还难以对单原子催化剂进行X射线能量色散谱和电子能量损失谱的常规检测,需要开发更加高效的检测器.此外,电子显微镜只提供三维材料的二维投影,因此在成像过程中不但三维信息丢失,而且对二维投影的解释也具有挑战,因此需要开发具有原子分辨率的三维成像技术.为了更好理解催化剂的制备和催化反应过程,也亟需发展具有单原子分辨率的环境电镜.

透射电子显微镜中的扫描探针装置

为了满足单个纳米结构的操纵和物理测量需求,设计制作了透射电子显微镜内置扫描探针装置,实现了纳米操纵、物性测量和原位结构表征的功能,从而建立起低维材料独特性质与其本征结构的一一对应关系.

美国制造成功分辨率最高的扫描／透射电子显微镜

美国Hillsboro的FEI公司新近制造成功了据说是当前世界上分辨能力最高的扫描／透射电子显微镜，该显微镜是在美国政府部门（U．S．Department of Energy’s Office of Basic Energy Sciences）资助的一项数百万美元的显微镜研制项目，通过这种显微镜能够直接观察和分析大约为碳原子直径1／3大小（即0．5A）尺寸的纳米结构。在这一研究开发项目中，

扫描透射电子显微镜技术及其在中药研究中的应用

扫描透射电子显微镜(STEM)兼具透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)的优势,具有高分辨成像、强原子衬度敏感以及图像易懂、直观等优点,已成为材料微结构和微区分析的必要性工具.中药研究有着悠久历史,显微技术一直是研究药材微特征和作用机制的重要手段之一,具有其他手段不可替代的作用.综述了STEM的原理、方法、技术特点,以及其在中药显微结构和纳米颗粒等方面的应用,以期为进一步扩展中药微特征领域的研究作参考.

S/TEM扫描／透射电子显微镜

扫描／透射电子显做镜Titan3具有很高的稳定性和很好的表现，包台两套CS畸变矫正系统和一台单色仪。依靠其优异的原子级别的观测能力，用户能够研究材料的原子组成、材料的生长以及它们对外部因素的反应。此外，单色仪还可以提供包括纳米级别的电子特性等在内的各种补充数据，从而进一步丰富了信息。

进口扫描透射电子显微镜知识产权分析评议

扫描透射电子显微镜属于贵重精密仪器,目前只能依赖于进口。针对现有研究缺乏定量的指标分析现状,提出法律、技术和商业三维综合景观分析框架,深入挖掘和分析扫描透射电子显微镜技术,并对我国研究机构及相关企业进口扫描透射电子显微镜提供参考建议。

扫描透射电子显微镜探针尺寸的表征

在光学显微镜实验中,设备的精度直接影响实验结果的质量。一台高精度的实验装置可以得到更理想的结果,即误差较小的实验结果。因此,如何提高仪器的精度是一个值得关注的主要问题。扫描透射电子显微镜(STEM)结合了透射电子显微镜和扫描电子显微镜的原理,在成像和高分辨率分析方面具有多种强大的功能。在本文中Python可以将由STEM获取的明暗刀刃边缘实验图片做出对应的点扩散函数来表征此仪器的分辨率,即整个成像系统的水平。

激光扫描共聚焦显微镜及透射电镜观察肺癌A549细胞亚细胞结构溶酶体的对比分析

目的比较分析激光扫描共聚焦显微镜和透射电子显微镜在观察肺癌A549细胞亚细胞结构溶酶体的运用价值。方法运用激光扫描共聚焦显微镜和透射电子显微镜分别观察肺癌A549细胞亚细胞结构溶酶体,实验分为三组:第一组A549细胞用透射电子显微镜进行观察、第二组A549细胞用激光扫描共聚焦显微镜获取细胞二维平面图像及进行细胞三维重构成像和第三组A549细胞用于激光扫描共聚焦显微镜的活细胞动态观察,并对结果进行比较分析。结果透射电子显微镜可以清晰、直观地观察到A549细胞亚细胞结构溶酶体的超微结构形态及数量;激光扫描共聚焦显微镜可以获取到分辨率高和成像清晰的二维平面溶酶体图像及三维重构溶酶体图像,可显示沿着Y轴旋转45°角的三维重构溶酶体成像,还可以动态观察A549细胞溶酶体荧光的变化情况,可相对定量分析溶酶体荧光强度。结论两种显微技术均可观察A549细胞亚细胞结构溶酶体的形态。与透射电子显微镜相比,激光扫描共聚焦显微镜更有利于反映溶酶体在A549细胞内的空间结构关系,并且有相对定量分析溶酶体荧光强度的优点。

纳米负载催化剂的透射电子显微镜表征

利用透射电子显微镜(TEM)的明场、暗场和扫描透射3种表征技术对纳米负载催化剂Cu-Ag/SiO2的微观形貌、结构进行研究表征,并将所得结果进行对比,讨论这3种技术在表征负载催化剂微观结构方面的优缺点。结果表明:STEM不仅能表征纳米颗粒的粒径分布,还能得到样品的元素分布信息,结果最为直观全面。

应用扫描电子显微镜对牦牛皮蝇三期幼虫的形态学观察

应用扫描电子显微镜对寄生于牦牛体的牛皮蝇、纹皮蝇和中华皮蝇(Hypoderma bovis,H.lineatum.H.sinense)三期幼虫进行了形态学观察。3种三期幼虫头部的形态结构差别不大。牛皮蝇三期幼虫气门板呈漏斗状,气门孔周围有粗壮的突棘,纹皮蝇三期幼虫气门板扁平,气门孔周围无棘;中华皮蝇三期幼虫气门板稍有凹陷,气门孔周围有少量小的突棘。牛皮蝇三期幼虫第十节的前缘和后缘上面无棘;纹皮蝇三期幼虫第十节的后缘上面有刺,前缘无棘;中华皮蝇三期幼虫第十节的前缘和后缘上面均有棘。

扫描电子显微镜与刑事技术

扫描电子显微镜是六十年代出现的新仪器,它比光学显微镜、透射式电子显微镜有独特的优点,因此正在被广泛地应用于各个领域,一些技术发达国家的警察机关也相继采用。透射式电子显微镜的出现,把微小物体的放大倍数从普通光学显微镜的一。

扫描电子显微镜在食品工业的应用

一、前言早在1935年,Knoll 在设计透射电子显微镜的同时就提出了扫描电子显微镜(以下简称 SEM)的原理及设计思想,1940年英国剑桥大学首先试制成功了 SEM,但由于成像的分异率差,照相时间过长(需几小时),实用价值不大。后来随着电子工业的发展,

电子显微镜在本科实验教学中的应用

电子显微镜是广泛应用于生物科学、材料科学、纳米科学等多个领域的大型仪器。对透射电子显微镜和扫描电子显微镜应用于中山大学本科专业选修课“现代生物电子显微学”和核心通识课“电镜下的微观世界”中的实践进行了讨论。通过教学改革的探索,激发了学生的求知欲,上课积极性提高,主动性增强,电子显微镜实验教学效果得到了有效的提升。

电子显微镜在农业上的应用及进展

随着现代生物技术研究方法的深入,电子显微镜技术在农业上的应用也将进一步发展。就扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)在农业领域的应用及其发展进行了综述,以期为进行这方面研究提供资料。

电子显微镜在病理诊断中的应用

电子显微镜是利用电子与固体样品作用时发出的信息,对样品进行微区观察。目前的电镜种类很多,包括透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、扫描隧道电镜、原子力电镜等,但应用于临床病理诊断中的主要是透射电镜和扫描电镜,前者注重观察组织和细胞内的超微结构,后者则用于观察组织和细胞的表面形貌。临床病理诊断为最终诊断,目前电镜诊断技术以其可以观察到亚细胞结构的变化广泛应用于现代临床病理诊断中，已成为病理诊断中一项重要的依据，特别是在传统的临床诊断手段无法确诊的病例中，电子显微镜发挥着重大的作用。