透射电子显微镜（Transmissionelectronmicroscopy，TEM），以下简称透射电镜，是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料、医学、生命科学等研究领域。
1透射电镜的基本原理
透射电镜成像是通过电子枪发出高速电子束经1~2级聚光镜会聚后均匀照射到样品的某一待观察微小区上，入射电子与样品会发生碰撞与非碰撞，由于样品很薄（电子的穿透能力很弱，因此样品必须很薄），大部分电子穿透样品，其强度分布与所观察样品区的形貌、组织、结构一一对应。投射出样品的电子经过物镜、中间镜和投影镜的三级磁透镜放大投射在观察图像的荧光屏上，荧光屏把电子强度分布转化为人眼可见的光强分布，于是在荧光屏上显出与样品形貌、组织、结构相应的图像以供使用者观察。透射电镜光路与成像见图1。
2透射电镜的组成
图2透射电镜系统构造示意图
透射电镜系统构造示意图如图2所示，透射电镜西戎由以下几部分组成：
电子枪：发射电子，由阴极、栅极、阳极组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速、加压的作用。
聚光镜：将电子束聚集，可用已控制照明强度和孔径角。
样品室：放置待观察的样品，并装有倾转台，用以改变试样的角度，还有装配加热、冷却等设备。
物镜：为放大率很高的短距透镜，作用是放大电子像。物镜是决定透射电子显微镜分辨能力和成像质量的关键。
中间镜：为可变倍的弱透镜，作用是对电子像进行二次放大。通过调节中间镜的电流，可选择物体的像或电子衍射图来进行放大。
透射镜：为高倍的强透镜，用来放大中间像后在荧光屏上成像。
此外还有二级真空泵来对样品室抽真空、照相装置用以记录影像。
3透射电镜样品制备
3.1样品要求
1）固体样品的厚度一半小于nm；
2）要测试的区域与其他区域有一定的反差；
3）样品能在高真空中保持稳定；
4）不含水分或其它挥发性物质，含有水分或其它挥发性物质应先烘干除去；
5）对磁性物质要先进行去磁，一面观察室电子束受到磁场影响。
3.2纳米粉末样品的制备方法
纳米颗粒都小于铜网的小孔，因此要先制备对电子束透明的支持膜。将支持膜放在铜网上，再将粉末放在膜上，送入电镜分析。粉末或颗粒样制备的关键在于能否使其均匀分散到支持膜上。可采用超声波分散器将需要观察的粉末在分散介质（不与粉末发生作用）中分散成悬浮液，用滴管滴几滴在覆盖有支持膜的电镜铜网上，待其干燥后（或用滤纸吸干），即成为电镜观察用的粉末样品。
3.3块状样品的制备方法
1）超波切片法
超波切片法适用于生物组织、高分子和无机粉体材料等。
2）离子轰击减薄法
离子轰击减薄法多用于矿物、陶瓷、半导体及多相合金等。将待观察的试样按照预定取向切割成薄片，再经机械减薄抛光等过程预减薄至30-40μm的薄片，把薄膜钻取或切取成尺寸为2.5-3mm的小片。将样品装入离子轰击减薄装置进行离子轰击减薄和离子抛光。
3）电解抛光减薄法
电解抛光减薄法适用于金属与部分合金。
4）聚焦离子束法
适用于半导体器件的修复和精确切割。聚焦离子束通过调整束流强度，可以对样品指定区域进行快速和极精细的加工，其汇聚扫描方式可以是矩形、线形或点状。可制备供扫描透射电镜观察用的各种材料的薄膜样品。
5）复型技术
用于材料表面形貌及断口的观察分析中。所谓复型法就是把样品表面形貌复制出来，其原理与石膏复制鞋底花纹相似。复型法是一种间接或部分间接的分析方法，因为通过复型制备出来的样品是真实样品表面形貌组织结构细节的薄膜复制品。
4透射电镜的应用
4.1透射电镜在生物学科中的应用
4.1.1在植物学研究中的应用
应用透射电镜观察植物组织的超微结构，研究器官的形态发育过程中内部结构变化，观察其组织分化、生长发育过程，探讨其形态结构变化的机理及其结构发育，揭示植物结构与功能关系，为改善植物功能和提高植物产量提供理论依据；应用透射电镜技术比较同一种植物或不同中植物生长在不同生态条件下其内部的超微结构变化的规律，观察其探索植物的结构及形成过程与生长环境的相互关系，为经济作物提高栽培技术提供依据。
4.1.2昆虫学研究中的应用
应用透射电镜观察昆虫的器官和组织超微形态，研究昆虫超微结构与生理功能的关系，触角感觉器的种类，分布和生理功能，提高对其微小器官的辨别能力、提高分类水平，同时进一步分析器官的作用，对昆虫的外部形态进行特征描述
和比较，研究其形状变化及其规律和结构的特征，从而加深理解它们在生理功能上的作用，为探索各种生命现象和生活规律提供依据，并为防治和消灭虫害，提供理论依据。
4.1.3在微生物学研究中的应用
应用透射电镜观察研究细菌、支原体等微生物的超微结构形态，研究病毒的结构和生长发育，也为新病毒、类病毒的发现和辨别提供科研手段；研究真菌、放线菌、细菌等的结构形态，对其分类，判别科属和判断病源等都有着重要意义，尤其对病菌的活动、孢子发芽、侵入寄主的方式等，均能获得较好的效果。
4.1.4在病理学研究的应用
应用透射电镜对动、植物，昆虫的细胞，组织和器官的超微结构病变进行研究，可为防治提供科学依据。在病理电镜诊断方面，其具有直观、快速、可靠的特点，在动、植物病虫害防治中具有非常重要的作用。尤其在植物病毒、植原体等研究方面，透射电镜具有不可替代的作用，可以通过电镜技术，研究病毒的形态结构，基因组织结构及功能、病毒复制过程、病毒与寄主之产间的关系，观察细胞超微结构病变，为揭示病毒的本质最终解决病毒、病害问题奠定基础。
4.1.5在土壤学研究中的应用
应用透射电镜直接观察土壤中粘土矿物形状、大小，土壤腐殖质粘土矿物的复合情况以及胶膜的胶质情况。电镜结合超薄切片技术，研究环境胁迫下微生物的形态特征变化、微生物与土壤固相组分的作用、微生物与微生物之间交互作用的超微结构特征；揭示土壤微生物与污染物的作用机制，跟踪环境污染物的转化和迁移特征；通过对植物细胞超微结构的观察，了解环境的污染情况以及污染物对生物体形成的影响机制，为保护人类的生存空间提供理论依据。
4.1.6在环境科学研究中的应用
应用透射电镜观察大气粒子的形态结构，测定粒子的大小，对粒子所含成分进行检测，可以在微粒水平上得到有关大气粒子的知识，进而理解它们在环境中所起的作用，从而为探索各种大气环境问题的形成条件和机制提供重要的证据。
4.2透射电镜在材料科学中的应用
1）利用质厚衬度(又称吸收衬度)像，对样品进行一般形貌观察；
2）利用电子衍射、微区电子衍射、会聚束电子衍射物等技术对样品进行物相分析，从而确定材料的物相、晶系，甚至空间群；
3）利用高分辨电子显微术可以直接“看”到晶体中原子或原子团在特定方向上的结构投影这一特点,确定晶体结构；
4）利用衍衬像和高分辨电子显微像技术，观察晶体中存在的结构缺陷，确定缺陷的种类、估算缺陷密度；
5）利用TEM所附加的能量色散X射线谱仪或电子能量损失谱仪对样品的微区化学成分进行分析；
6）利用带有扫描附件和能量色散X射线谱仪的TEM，或者利用带有图像过滤器的TEM，对样品中的元素分布进行分析，确定样品中是否有成分偏析。
