【知识】一文了解扫描透射电子显微镜（STEM）（动图演示）

材料分析方法对于建立材料组织结构和性能之间的联系具有重要作用。作为材料专业的应届毕业生，在平时的课程中已学过各种分析方法的基本原理，在实验和毕业设计中使用过主要的材料测试设备，掌握相关的材料分析测试方法是材料专业毕业生的必备能力。因此，材料分析测试方法成为研究生复试的重要内容，面试导师会根据你的相关课程、毕设内容等方面进行提问。

本系列提供材料分析方法的简要内容，各位考生可以根据自己的课程和毕业设计掌握对应的分析方法基本原理和主要功用。

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扫描透射电子显微镜 (STEM) 是什么？

扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscopy， STEM）由透射电子显微镜（TEM）发展而来，指透射电子显微镜中有扫描附件者，尤其是指采用场发射电子枪作成的扫描透射电子显微镜。扫描透射电子显微分析是综合了扫描和普通透射电子分析的原理和特点而出现的一种新型分析方式，其空间分辨率可达亚埃米级，可在纳米和原子尺度上对材料微结构与精细化学组分的表征与分析。在冶金、材料、环境科学、生物科学等领域具有巨大应用潜力。

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扫描透射电子显微镜 (STEM) 基本原理

场发射电子枪激发的电子束经过复杂的聚光系统后被汇聚成为原子尺度的电子束斑，作为高度聚焦的电子探针，在扫描线圈的控制下对样品进行逐点光栅扫描。

STEM成像不同于平行电子束的TEM，其利用聚集的电子束在样品上扫描。与SEM不同之处在于探测器置于试样下方，探测器接收透射电子束流或弹性散射电子束流，经放大后在荧光屏上显示出明场像和暗场像。

各种成像模式收集散射信号的接收角度不同，因此可获取同一位置的不同图像，从而反应材料的不同信息，有环形明场像（ABF）、环形暗场像（ADF）、高角环形暗场像（HAADF）。

图1 STEM分析示意图

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扫描透射电子显微镜 (TEM) 设备

扫描透射电子显微镜兼具扫描成像与透射分析的特点，其仪器结构可看作SEM与TEM的结合。STEM主要由电子枪、电子光学系统、样品室、环形探测器与成像设备等组成。STEM与TEM的主要区别在于添加了扫描附件；与SEM的不同在于电子信号探测器安置在样品下方。

图2

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扫描透射电子显微镜 (STEM) 的优缺点

STEM 优点

（1）成像质量高，受样品厚度与仪器干涉小 

（2）可达到原子分辨率

（3）结果分析简单、直观

（4）能够快速获取样品的综合信息，成像效率高

相 同 点

（1）制样时间长，对样品的要求高；

（2）一些材料在高能电子束中不稳定；

（3）测试成本高，仪器分布稀少。

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SEM、TEM、STEM 的对比

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