透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope， TEM）是材料、物理、化学以及生命等科学领域中非常有用的工具，我们常常需要使用透射电子显微镜来获取样本的表面（或形貌）以及内部等信息，比如科研工作者们可以利用冷冻透射电子显微镜（CryoEM）获得了新型冠状病毒的形貌（图1），这对我们了解材料并进一步对材料进行有针对性的处理有很大帮助。那么透射电子显微镜是如何工作的呢？

一、基本介绍

透射电子显微镜结构示意图，可以看到，透射电镜的结构是相当复杂的。在该图中只显示了光学系统，像各种透镜（Lens），光阑（Aperture），偏转器（Deflector）以及像散校正器（Stigmator），而各种收集EDS（能谱）、EELS（电子能量损失谱）、BF（明场）、ADF（环形暗场）、HADDF（高角环形暗场）、SE（二次电子）等信号的探测器并没有在图中给出。基于电子与样品相互作用时各种信号产生机制的不同（可以参考文章“Z-Contrast Image和Phase Contrast Image，散射和衍射”），不同探测器在透射电镜中的位置也不同，这也使得其结构比图中所示要复杂很多。更高级的透射电镜会安装球差校正器（Aberration Corrector）以减小由于透镜不完美而引起的分辨率下降等影响。在很多情况下，为了实时观察一些化学反应，还要向透射电镜中通入气体或引入某些光束，这就是我们常说的原位电镜实验（In-situ TEM），这进一步增加了透射电镜的复杂程度。所有的这些功能的实现都使得透射电镜的结构越来越复杂，当然也使得这些透镜越来越贵，但将越来越多的功能集中在一台设备上目前是大趋势，因为这样厂家可以提高自己产品的竞争力。

二、透射电镜结构

 先介绍一下透射电镜的基本组成。透射电镜主要分三部分：照明系统，成像系统和投影系统。首先是照明系统，按照从上往下的顺序，为电子枪（Gun）和电子枪偏转器（Gun Deflector）。在电子枪和偏转器之间有加速电场，用于给电子枪产生的电子加速，加速电场由加速电压提供，加速电压可以根据实验的实际情况进行改变。电子枪加速器是用于偏转刚从电子枪出来的电子束，因为刚从电子枪出来的电子束往往并不是完美地沿着电子束轴传播，往往需要偏转器进行初步调节。接着是聚光镜（Condenser Lens