電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了科學(xué)研究的進(jìn)步，特別是在微觀世界的探索中。SEM與TEM作為電子顯微鏡的兩大分支，不僅在分辨率、樣品制備、成像模式等方面存在差異，而且在應(yīng)用領(lǐng)域上也各有側(cè)重。因此，了解并合理選擇這兩種技術(shù)，對(duì)于確保實(shí)驗(yàn)成功至關(guān)重要。

SEM基于電子束掃描樣品表面，通過(guò)收集二次電子、背散射電子等信號(hào)形成圖像。其優(yōu)勢(shì)在于能夠提供樣品表面的高分辨率三維形貌信息，且樣品制備相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于固體樣品，尤其是粗糙或不規(guī)則表面的觀察。

TEM則是利用加速電子束穿透超薄樣品，通過(guò)樣品內(nèi)部電子的散射形成透射圖像。由于電子束能夠穿透樣品，TEM不僅能揭示樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還能通過(guò)選區(qū)電子衍射（SAED）等手段分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)，適用于納米尺度材料的詳細(xì)結(jié)構(gòu)研究。

SEM的分辨率通常在納米級(jí)別，放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)十萬(wàn)倍，適合觀察樣品表面的微觀形貌及元素分布（結(jié)合能量散射光譜儀EDS）。而TEM的分辨率更高，可達(dá)到亞納米級(jí)，放大倍數(shù)可超過(guò)百萬(wàn)倍，使得其能夠直接觀察原子列和晶體缺陷。

SEM樣品制備相對(duì)簡(jiǎn)單，通常要求樣品干燥、導(dǎo)電，對(duì)于不導(dǎo)電樣品可通過(guò)噴涂導(dǎo)電層（如金）來(lái)增強(qiáng)成像效果。相比之下，TEM樣品制備更為復(fù)雜，需將樣品減薄至約50-100納米，甚至更薄，以便電子束穿透，這往往涉及離子束減薄、超薄切片等技術(shù)。

SEM因其表面敏感性和樣品制備的便捷性，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)中的表面形貌分析、斷裂面觀察、顆粒尺寸測(cè)量等；生物學(xué)中細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)、微生物形態(tài)的研究；以及考古學(xué)、地質(zhì)學(xué)中的微痕分析。

納米顆粒SEM圖像

細(xì)胞表面SEM結(jié)構(gòu)成像

TEM則因其高分辨率和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析能力，成為納米材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域不可或缺的工具。特別是在病毒結(jié)構(gòu)解析、蛋白質(zhì)復(fù)合物成像、納米粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析等方面展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

中空二氧化錳納米顆粒TEM圖像

TEM超薄切片肝臟樣本線粒體拍攝示例

1. 若關(guān)注樣品表面形貌與元素組成：SEM是首選，它能快速提供樣品表面的三維圖像，且結(jié)合EDS可進(jìn)行元素定量分析；針對(duì)生物樣本，SEM可以獲得樣本表面立體結(jié)構(gòu)。

2. 若需深入分析樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)、晶體缺陷：TEM更為合適，其高分辨率成像能力允許直接觀察原子排列，結(jié)合SAED可進(jìn)一步解析晶體結(jié)構(gòu)；針對(duì)生物樣本，TEM可通過(guò)超薄切片技術(shù)以及分辨率更高的特性得到獲取樣本亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)成像與分析。

3. 考慮樣品制備的復(fù)雜性與成本：SEM樣品制備簡(jiǎn)單快捷，成本較低；而TEM樣品制備耗時(shí)且技術(shù)要求高，成本相對(duì)較高。

4. 結(jié)合實(shí)驗(yàn)需求與設(shè)備可用性：實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備資源、操作人員技能水平也是選擇時(shí)需考慮的因素。

SEM與TEM作為電子顯微鏡的兩大支柱，各自在科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)中發(fā)揮著不可替代的作用。正確選擇電子顯微鏡類型，需基于實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、樣品特性、分辨率需求、樣品制備復(fù)雜度及成本效益等多方面綜合考慮。通過(guò)深入理解這兩種技術(shù)的原理與應(yīng)用范圍，研究人員能夠更有效地利用電子顯微鏡技術(shù)，推動(dòng)科研工作的深入發(fā)展。