透射电镜三维重构分析

检测项目

纳米颗粒三维形貌与尺寸分布：精确测定纳米颗粒的三维形状、尺寸、长径比及整体粒径分布，超越二维图像的局限。

多孔材料孔道结构分析：可视化并量化多孔材料（如沸石、MOFs）内部孔道的三维连通性、孔径分布和曲折度。

位错、层错等晶体缺陷三维表征：在三维空间中定位和解析晶体材料中的位错线、层错面、孪晶界等缺陷的构型与相互作用。

复合材料界面三维结构：揭示复合材料中不同相（如增强相与基体）之间界面的三维形貌、结合状态与缺陷。

催化剂活性位点分布：分析催化剂颗粒表面及内部活性组分（如金属纳米粒子）的三维空间分布与聚集状态。

生物大分子复合体结构：解析蛋白质、病毒、细胞器等生物大分子复合体的近原子分辨率三维结构，即冷冻电镜单颗粒分析。

半导体器件三维结构：对晶体管、存储单元等半导体器件进行三维纳米级断层扫描，分析其内部栅极、沟道、介电层的结构。

合金析出相三维形貌与成分：结合能谱，表征合金中析出相的三维空间分布、形貌、体积分数以及成分信息。

聚合物相分离结构：研究嵌段共聚物、共混物等体系中不同组分相分离形成的三维纳米畴结构。

锂离子电池电极材料三维演变：原位或非原位研究电池循环过程中电极材料颗粒开裂、相变、SEI膜生长的三维动态结构变化。

检测范围

无机纳米材料：包括金属、金属氧化物、半导体量子点、碳纳米管、石墨烯等各类纳米颗粒与纳米结构。

有机/高分子材料：如嵌段共聚物、聚合物胶束、有机凝胶、多孔有机框架等软物质的自组装纳米结构。

金属与合金材料：涵盖钢铁、铝合金、高温合金等材料中的析出相、晶界、位错网络等三维微结构。

陶瓷与玻璃材料：用于分析陶瓷的晶界结构、玻璃中的分相、以及各种功能陶瓷的微观三维特征。

复合材料：包括陶瓷基、金属基、聚合物基复合材料中增强体（纤维、颗粒）的三维分布及界面。

地质与矿物样品：研究岩石、矿物中微米-纳米尺度的包裹体、孔隙网络、矿物相分布等。

半导体与电子材料：应用于集成电路芯片、存储器件、光电材料等内部纳米结构的三维失效分析与质量控制。

能源材料：涵盖电池电极材料、燃料电池催化剂、光伏材料、热电材料等的三维多孔结构与相分布。

生物医学样本：包括病毒、蛋白质复合体、细胞切片、生物矿物（如骨骼、牙齿）等的超微三维结构。

环境与催化材料：用于研究环境吸附剂、多相催化剂、光催化材料的活性表面与孔道三维结构。

检测方法

单颗粒分析：对大量随机取向的相同颗粒的二维投影进行对齐、分类和平均，最终重构出高分辨率三维结构，主要用于生物大分子。

电子断层成像：通过倾转样品台，在-70°至+70°范围内以固定角度间隔采集一系列二维投影图像，然后通过算法重建三维体积。

冷冻电子断层成像：在低温（液氮/氦温度）下对玻璃化冷冻的细胞切片或大分子复合体进行断层扫描，保持样品的近生理状态。

扫描透射电镜断层成像：利用高角环形暗场像进行断层扫描，对原子序数衬度敏感，特别适用于纳米材料和催化剂。

双轴倾转断层成像：通过两个正交轴的倾转系列来弥补单轴倾转导致的“缺失楔”问题，提高重构各向同性分辨率。

离散断层成像：假设样品由有限数量的材料组成，在重建过程中引入约束，以提高低角度采样或低信噪比数据下的重建质量。

同步辐射X射线纳米断层成像关联：与同步辐射技术联用，先进行大尺度三维成像定位，再对感兴趣区域进行高分辨电镜断层扫描。

原位电子断层成像：在样品倾转的同时，施加热、电、力或气氛等外场，研究材料三维结构在动态过程中的演变。

亚像素对齐与图像校正：在图像采集前后，使用金颗粒等标记物或数字方法进行亚像素精度的图像对齐，校正漂移和畸变。

迭代重建算法：应用加权背投影、SIRT、SART等迭代算法从投影系列中重建三维体积，减少伪影，提高信噪比。

检测仪器设备

场发射透射电子显微镜：提供高亮度、高相干性的电子束，是进行高分辨率三维重构（特别是单颗粒分析）的基础设备。

冷冻透射电子显微镜：配备低温样品台和防污染装置，专门用于生物样品和含水材料的玻璃化制样与低温成像。

双轴/单轴高精度倾转样品台：能够实现高精度、大角度的连续倾转，是采集断层投影系列的关键部件。

直接电子探测器：具有高灵敏度、高帧速和低噪声的特点，能直接记录电子信号，极大提升了图像质量和数据采集效率。

能谱仪：与STEM模式结合，可在三维重构的同时获取元素分布信息，实现三维成分分析。

电子断层成像自动采集软件：控制电镜自动完成倾转系列图像的聚焦、像散校正、图像采集和漂移补偿，保证数据一致性。