透射电子显微镜（TEM）

一、成像原理

作为电子显微镜的另一大类，透射电镜的总体工作原理与扫描电镜有着显著差别。在透射电镜中，由电子枪发射出的电子束初束同样通过聚光镜汇聚成极细的电子束照射在极薄的样品上。与扫描电镜不同的是，透射电镜通过穿过样品的电子，即透射电子，来反映样品在二维平面内的形态和内部结构，如图1。由于电子的穿透能力较弱，样品的厚度、导电性、磁性和分散性等特征对测试结果的好坏起到直接的影响。因此，相比于扫描电镜样品的制备，透射电镜的制样更加复杂和精细，样品一般厚度控制在100~200nm，对于不同的水凝胶材料应当根据其特性并采用合适的制样方法。

图1 透射电镜图

二、试验步骤

1、样品干燥

透射电子显微镜的正常使用需要高真空的工作环境，特别是其电子枪部分甚至需要达到10^-10 mbar左右的真空度。样品中如有水分会造成设备抽真空困难；水蒸气遇高能电子束被电离，电子束能量分散，从而增大色差，导致样品成像分辨率降低；水蒸气还会加速电子枪阴极材料的挥发，降低灯丝的使用寿命；在真空环境下，大部分含水样品的的表面容易发生变形，因此，需要对样品提前进行干燥处理。

制备水凝胶样品时应避免引入无机盐等小分子，以免影响试验结果，如有，可用纯水浸泡去除。将水凝胶样品置于室温下放置过夜，再使用真空干燥箱抽干。

2、样品切片

干燥样品经-70℃冷冻后，使用冷冻超薄切片机，配合金刚石刀制备100 nm厚度切片，避免室温切片导致的结构形变。如果样品强度低，可使用包埋处理。常用的包埋剂有OCT（聚乙二醇和聚乙烯醇的水溶性混合物）、石蜡、环氧树脂。

3、溶液样品处理

微凝胶、纳米颗粒等样品可在干燥后分散在无水乙醇溶液中，分散液经超声处理后滴至铜网，自然晾干。如有需要，可采用负染色技术（如2%磷钨酸），通过高电子密度的金属染液衬托出样品形貌，该法适用于观测纳米级颗粒的形貌与分布。