如何分析透射电镜（TEM）图片？实例来了

做过透射电镜（TEM）测试的小伙伴有过这样的经历，拿回来一堆图片，图都认识，就是读不懂意思。或者在阅读文献的过程中，看到大片的TEM图片，也是头大。本人也有这样的迷茫，不过经过认真研究，总算是从一点也看不懂，进步到能看懂一点点，现在就拿一个图片来分享一下本人对这个问题粗浅的认识，也许不一定正确，仅供参考，同时激励自己学习。

一、选区衍射图（TEM diffraction patterns from cross-section）

a b c图，分别是衬底，薄膜，以及界面的电子选区衍射图（SAED) patterns

衬底和薄膜的的晶带轴（Z.A zone axis）[010] and [210]

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什么是晶带轴？

晶带轴是指在同一晶带中所有晶面与其他面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条平行直线称为晶带轴。晶带轴表示了晶带中各类晶面分布的特征，常以晶带轴作为晶带的标志，以晶带轴的方向指数表示该晶带的指数。晶带概念用于点阵时，平行于某一点阵直线的所有阵点平面的总体称为晶带，该点阵直线是晶带轴。

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衬底的结构示意图如下图所示

再回到图中

图a

晶带轴[010]的意思，是指图中垂直于纸面的方向是[010]方向，也就是a图平面的法线方向

|G(002)| 指图中000旁边的点到002旁边的点的距离

|G(200)| 指图中000旁边的点到200旁边的点的距离

|G(002)| 与（002）面间距成倒矢量关系 |G(002)| = \frac{1}{d(002)} 其中 d(002)是（002）晶面的面间距

|G(200)| 与（200）面间距成倒矢量关系 |G(200)| = \frac{1}{d(200)} 其中 d(200)只（200）晶面的面间距

也就是说，从图中可以得到晶体晶面间距。

图a中测量到的|G(02)| 和|G(200)| 分别是1.00 nm^{-1} 和 3.80 nm^{-1}

这个可以通过|G(002)| 和|G(200)|与标尺2 nm^{-1} 的长度比例来得到 通过软件可以直接量出来

分别把1.00 nm^{-1} 和 3.80 nm^{-1} 求倒数（ \frac{1}{10}=0.1 ， \frac{1}{3.8}=0.263 ），就得到了0.1 nm 和0.263 nm

所以文章说，d(002) = 10.0 ± 0.1 Å d(200) = 2.63 ± 0.10 Å

同理，图b可以得到

|G(120)|=1.91 nm^{-1} d(120) = 5.22 ± 0.10 Å

|G(001)|=3.80 nm^{-1} d(001) = 4.03 ±0.106 Å.

再来看看图c

在这个图中，可以同时看到基底和薄膜的衍射点。

红色的表示衬底 橙色的表示薄膜 距离关系是

3 × |G(001)| Sb2Se3= 4 × |G(100)| mica

因为 |G(hkl)| 与 d(hkl) 是成反比例关系的，所以可以写成

3 × \frac{1}{d(001)Sb2Se3 }=4 × \frac{1}{d(100)mica }

即

3 × d(100)mica =4 × d(001)Sb2Se3

那么，从这几张透射电镜的选区衍射图中，就得到了衬底和薄膜的晶格结构相关信息，以及界面结构信息

二、透射电镜高分辨图（high-resolution TEM images HRTEM）

图2(d)和图2(e)分别为衬底和薄膜的高分辨率透射电镜图

图2(d)中云母的垂直间距d(002) = 1.00 nm

图2(e)中Sb2Se3薄膜的垂直间距d(120) = 0.525 nm

这与前面的分析就对上了

三、结构模型图

图f理论上的原子结构模型图

理论上 Sb2Se3 d(001) = 3.98 Å mica d(100) = 5.18 Å

于是有 4 × 3.98 Å ≈ 3 × 5.18 Å 或者 15.92 Å ≈ 15.54 Å

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以上，就是对一个透射电镜图片的简单分析。