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透射电子显微镜（TEM）技术在材料科学领域中扮演着核心角色，广泛应用于研究材料的微观结构和特性。以下是三种主要类型的透射电镜及其应用的概述：
1. 普通透射电子显微镜（TEM）：这种显微镜能够提供材料的微观形态和结构信息，非常适合观察纳米尺度的催化材料，包括它们的轮廓形状和尺寸。
2. 高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）：HRTEM是TEM的一种高级形式，它提供更高的分辨率，允许观察到晶面间距、晶格间距，甚至是原子级别的排列。这种能力对于理解材料的晶体结构和缺陷至关重要。
3. 扫描透射电子显微镜（STEM）：STEM通过逐点扫描样品并收集散射的电子来形成图像，这种方法提供了高对比度和高分辨率的图像，特别适合于分析材料的局部结构和成分。
透射电镜技术是材料表征研究中不可或缺的工具，它不仅能够揭示材料的微观结构，还能帮助科学家理解材料的物理和化学性质。以下是一些国内外经典论文中透射电镜表征的实例，这些实例展示了透射电镜技术在材料科学研究中的应用和重要性：
在纳米材料研究中，TEM可以用来观察纳米粒子的形状、尺寸和分布。HRTEM图像常用于分析材料的晶体缺陷，如位错、晶界和相界。STEM的元素映射功能可以揭示材料中不同元素的分布情况，这对于理解材料的化学组成和性能至关重要。
图1. 纳米材料原子级表征
牛津大学Peter D. Nellist、Laura M.Herz等人在Science报道了通过低剂量电子束的扫描透射显微镜（STEM）和先进成像技术对FAPbI3薄膜材料研究图，结果表明钙钛矿材料A位点得以维持，同时PbI2杂质与FAPbI3对齐良好，多晶界面之间具有原子级清洁晶界结构。这一研究结果对钙钛矿薄膜十分优异的再形成能力有了较为深刻的认识，在界面处没有应力/位错存在，过剩的PbI2前体分子却能提高薄膜稳定性。
复旦大学赵东元院士、李伟教授等人报道的一种可编程的剪切诱导动态组装方法，以合成具有可调核-壳结构的径向梯度结构的介孔碳纳米球。所合成的聚多巴胺（PDA）介孔纳米球大小比较均匀，粒径～245 nm。介孔均匀地暴露在表面上，孔径为9.0 nm。合成的PDA纳米球为核-壳结构，并带有径向梯度孔。包括内核球形中孔，外壳圆柱形中孔。N2气氛下碳化800摄氏度后较好的保留了特定介孔结构，可得到均匀梯度孔MCS且粒径降低到~230 nm。C,N原子在物质中分布均匀。氮吸附等温线显示典型的IV型曲线，在0.75/0.80和0.85-0.95的P/P0范围内有两段毛细管冷凝步骤，清楚地表明了材料中的两组介孔结构，孔径分别为9.0和24.0 nm。
图3. 纳米材料原子级表征
浙江大学张泽、王江伟，佛蒙特大学Frederic Sansoz等报道了通过HRTEM、第一性原理计算等方法，揭示出一系列独立层错及孪晶界获得纳米孪晶Ag,Pd内氧化反应的部位。氧化反应优先选择这种交叉位点进行成核和平面断层产生的氧缺陷进行运动，并催化后续层-层氧化物的长大穿过氧化物与金属界面原子级台阶位移长大。上述研究结果是在原子级别上认识金属纳米材料金属界面缺陷长大过程这一复杂反应动力学过程，可应用于缺陷工程来调节纳米材料内部物理化学性质。
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