球差校正透射電鏡(AC-TEM)隨著納米材料的興起而進入普通研究者的視野。超高的分辨率配合諸多的分析組件使球差校正透射電鏡成為深入研究納米世界不可或缺的利器。

什么是球差

　　100kV的電子束的0.037埃，而普通透射電鏡的電分辨率僅僅為0.8納米。這主要是由透射電鏡中磁透鏡的像差造成的。球差即為球面像差，是透鏡像差中的一種。其他的三種主要像差為：像散、彗形像差和色差。透鏡系統(tǒng)，無論是光學(xué)透鏡還是電磁透鏡，都無法做到wan美。對于凸透鏡，透鏡邊緣的會聚能力比透鏡ZX更強，從而導(dǎo)致所有的光線(電子)無法會聚到一個焦點從而影響成像能力。

　　在光學(xué)鏡組中，凸透鏡和凹透鏡的組合能有效減少球差，然而電磁透鏡卻只有凸透鏡而沒有凹透鏡，因此球差成為影響透射電鏡分辨率Z主要和Z難校正的因素。此外，色差是由于能量不均一的電子束經(jīng)過磁透鏡后無法聚焦在同一個焦點而造成的，它是僅次于球差的影響透射電鏡分辨率的因素。

如何校正球差?

　　自透射電鏡發(fā)明后，科學(xué)家一直致力于提高其分辨率?？茖W(xué)家研發(fā)使用多極子校正裝置調(diào)節(jié)和控制電磁透鏡的聚焦ZX從而實現(xiàn)對球差的校正，Z終實現(xiàn)了亞埃級的分辨率。多極子校正裝置通過多組可調(diào)節(jié)磁場的磁鏡組對電子束的洛倫茨力作用逐步調(diào)節(jié)透射電鏡的球差，從而實現(xiàn)亞埃級的分辨率。

球差校正透射電鏡的種類

　　透射電鏡中包含多個磁透鏡：聚光鏡、物鏡、中間鏡和投影鏡等。球差是由于磁鏡的構(gòu)造不wan美造成的，那么這些磁鏡組都會產(chǎn)生球差。當(dāng)矯正不同的磁透鏡就有了不同種類的球差校正透射電鏡。

　　當(dāng)使用掃描透射模式時，聚光鏡會聚電子束掃描樣品成像，此時聚光鏡球差是影響分辨率的主要原因。因此，以做掃描透射為主的透射電鏡，球差校正裝置會安裝在聚光鏡位置，即為AC-STEM。而當(dāng)使用image模式時，影響成像分辨率的主要是物鏡的球差，此種校正器安裝在物鏡位置的即為AC-TEM。

　　當(dāng)然也有在一臺透射電鏡上安裝兩個校正器的，就是所謂的雙球差校正透射電鏡。此外，由于校正器有電壓限制，因此不同的型號的球差校正透射電鏡有其對應(yīng)的加速電壓，也有專門為低電壓配置的低壓球差校正透射電鏡。

球差校正透射電鏡的樣品準(zhǔn)備

　　首先如果沒有合作的實驗室的幫助，球差校正透射電鏡的測試費用將會是非常昂貴的。因此非常有必要在這里介紹如何選擇測試儀器和準(zhǔn)備樣品。如果你想觀察你的樣品的原子級的結(jié)構(gòu)并希望知道原子的元素種類(例如納米晶體催化劑等)，AC-STEM將會是比較好的選擇。如果你想觀察樣品的形貌和電子衍射圖案或者樣品的在透射電鏡中的原位反應(yīng)，那么物鏡校正的AC-TEM將會是更好的選擇。

　　接著，在測試之前Z好盡量了解樣品的性質(zhì)，并將這些信息準(zhǔn)確地告知測試者。其中我認(rèn)為先用普通的高分辨透射電鏡觀察樣品是必須的，通過高分辨透射電鏡的預(yù)觀察，你需要知道并記錄以下幾點：

　?、贅悠返臐舛仁欠窈线m，目標(biāo)位點數(shù)量是否足量;

　?、诖_定樣品在測試電壓下是否穩(wěn)定并確定測試電壓，許多樣品在電子束照射下會出現(xiàn)積累電荷(導(dǎo)電性差)、結(jié)構(gòu)變化(電子束的knock-on作用)等等;

　?、塾^察測試目標(biāo)性狀，比如你希望測試復(fù)合結(jié)構(gòu)中的納米顆粒的原子結(jié)構(gòu)，那么必須觀察這些納米顆粒是否有其他物質(zhì)包覆等，潔凈的樣品是實現(xiàn)高分辨率的基礎(chǔ);

　?、艽_定樣品預(yù)處理的方式，明確樣品測試前是否需要加熱等預(yù)處理。

　?、菖臄z足量的高分辨照片，并標(biāo)注需要進一步觀察的特征位點。在球差校正透射電鏡測試中，與測試人員的交流非常重要，多說多問。