经过近百年的发展，电子显微镜已经广泛应用于固体物理、表面化学、纳米科学、精密材料、生物医学、地球科学等微观世界研究的各个方面。尤其是对于从事材料研究的朋友来说，大家一定都很熟悉这四种电子显微镜。扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、扫描隧道显微镜等。，这些都是无聊的设备，对我们来说很熟悉，但同时又很陌生。那么请跟随这20张动态图，欣赏枯燥的电子显微镜的生动！

扫描电子显微镜

扫描电子显微镜利用聚焦电子束在样品表面激发各种物理信号进行成像，如二次电子和背散射电子，由相应的探测器探测，完成信号到图像的数据转换。信号的强度与样品的表面形貌或元素分布有一定的对应关系。

二次电子探测图

瞬变电磁工作图

透射电镜成像过程

STEM分析图表

STEM成像不同于平行电子束的TEM，后者是通过用集中电子束扫描样品来完成的。与SEM不同的是，探测器放置在样品下方，接收透射电子束或弹性散射电子束，放大后在屏幕上显示明场图像和暗场图像。

EELS原理图

入射电子束照射的样品表面发生弹性散射，部分电子损失的能量值就是样品中某元素的特征值，从而得到能量损失谱。薄层样品微区的元素组成、化学键和电子结构可以用电子能谱分析。

原子力显微镜

一端固定一个对弱力极其敏感的微型悬臂，另一端有一个微小的尖端。由于针尖的针尖原子与样品表面的原子之间存在非常弱的作用力，通过控制扫描过程中的恒力，带针尖的微悬臂梁会在垂直于样品表面的方向波动。可以测量每个扫描点对应的微悬臂梁的位置变化，从而获得样品表面形貌的信息。它不仅可以获得地形信息，还可以获得表面的机械和电磁信息。

原子力显微镜原理:针尖和表面原子之间的相互作用

原子力显微镜的扫描模式包括接触模式和非接触模式，接触模式利用原子间排斥力的变化产生样品的表面轮廓，非接触方法利用原子间吸引力的变化产生样品的表面轮廓。

接触模式

动态模式

扫描隧行显微镜

原子力显微镜不仅可以检测导体表面的微观结构，还可以检测绝缘体的表面结构。然而，STM只能分析导体。它利用隧道电流强度的变化来获取样品表面的微小波动信息。如果同时扫描x-y方向，可以直接获得样品表面的三维形貌。这就是扫描隧道显微镜的工作原理。

调查

隧道电流

针尖扫描样品表面时，即使表面只有原子尺度的波动，也会通过隧道电流显示出来，然后利用计算机测量软件和数据处理软件将获得的信息处理成三维图像显示在屏幕上。

扫描隧道显微镜扫描图像

值得注意的是，扫描隧道显微镜不仅可以在原子尺度上表征形貌，还可以通过单原子操控实现微纳尺度加工。它可以利用探针将单个原子从表面抬起并脱离表面，横向移动到预定位置，然后将原子从探针重新释放到表面，从而获得原子级图案。

移动原子映射

1993年，中国科学家首次利用真空扫描隧道显微镜技术，直接在一块晶体硅表面移动硅原子，并写下了“中国”二字！

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