评释：本文采算科技讲了原位TEM的旨趣（传统TEM功能+原位样品台+动态信号收集）、主要分类（温度/电场/力学/气液环境调控）。读者不错掌执原位TEM的工夫逻辑、不同调控阵势脾气，了了其在材料、动力等界限的运用价值。
什么是原位TEM
原位透射电镜（In-situTransmissionElectronMicroscopy，In-situTEM）是在传统TEM成像、衍射、能谱分析的基础上，通过引入原位样品台，模拟实在工况（如温度、电场、应力、气体/液体环境等），及时动态不雅察、记载样品在外部刺激下的微不雅结构演变（如刻画、晶体结构、要素散布变化）的先进表征工夫。
其中枢上风是冲突了传统TEM静态快照的局限，完毕了微不雅不雅察+动态经过跟踪+多信号联用分析的一体化表征，为材料科学、催化、动力、生物等界限的机制商讨提供了径直左证。
图1：多种原位TEM工夫暗示图。DOI：10.1021/acs.chemrev.3c00510
In-situ TEM的中枢旨趣
In-situTEM的工夫旨趣基于传统TEM表征能力+原位环境调控系统+动态信号收集与分析的三者勾通，中枢逻辑可拆解为3个层面：
基础
保留TEM的中枢功能——电子枪辐照的高能电子束穿透样品后，通过物镜、中间镜、投影镜酿成高分离率明场/暗场像（不雅察刻画）、选区电子衍射（分析晶体结构），同期可联用EDS（分析要素）、EELS（分析化学态与电子结构），为原位经过提供结构-要素-化学态的多维度信息。
关键
原位样品台的环境调控中枢部件是原位样品台，其策画需同意两个关键条目：
1）环境兼容性：能在TEM真空腔体内（或局部微环境中）精确施加外部刺激（如温度、电场、力、气体/液体），且不侵犯电子束传输和成像质地；
2）厚实性：样品台的振动、漂移需适度在亚纳米级（不然会破损原子级成像分离率），同期刺激参数（如温度精度、电压厚实性）需精确可控（如温度精度±1℃，电压精度±0.1V）。
图2：a样品制备和安装暗示图；b原位电镜的里面构造暗示图；c原位温度适度组件；d原位变形组件；e歪斜样品架；f样品台构造暗示图。DOI：10.1038/s41467-021-22447-y。
中枢
动态信号的同步收集与分析通过TEM的高速相机（如CCD、CMOS相机）或动态衍射系统，以毫秒（ms）甚而微秒（μs）级的时分分离率，同步记载样品在外部刺激下的及时变化；
勾通离线分析软件（如DigitalMicrograph、ImageJ）对动态图像序列、衍射图案进行跟踪，索取结构演变的定量信息（如晶粒尺寸变化速度、相改动温度、颓势移动旅途）。
图3：Au在Pt二十面体上的滋长经过。DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00414。
In-situ TEM的主要分类
根据施加的外部刺激类型，In-situTEM可分为以下几类，不同类型对应不同的样品台策画和运用场景：
原位温度调控
最常用的原位阵势之一，通过加热/制冷样品台完毕温度范围从-269 ℃到1000℃（甚而更高）的调控，用于商讨材料的热致活动。
图4：原位高温力学样品杆。https://www.zeptools.cn/products_list/4.html。
样品台策画：
加热表情：电阻加热（如Pt、W加热丝）、激光加热（局部高温，幸免加热丝侵犯）；
制冷表情：液氮/液氦流制冷，尊龙凯时2026世界杯中国官网或半导体制冷（适用于中低温）；
关键见地：温度均匀性（幸免样品局部温差导致的结构不均）、无磁性（防患磁场侵犯电子束）。
典型运用：
纳米颗粒的烧结、Ostwald熟化（小颗粒溶化，大颗粒长大）；晶体的相变（如金属的马氏体相变、陶瓷的高温晶化）；催化剂的热厚实性（如高温下活性组分的聚拢或流失）。
图5：在空气敌视下300 °C时Pd−Ag纳米颗粒聚拢经过的原位电镜成果。DOI：10.1021/acs.nanolett.1c05018。
原位电场调控
通过样品台的电极对样品施加直流（DC）、相似（AC）或脉冲电场，同期不雅察样品的电学反应（如电流变化）与微不雅结构演变的关连，中枢是电-结构耦合表征。
图6：原位电学样品杆。
样品台策画：
电极结构：常见两电极（用于测量电流-电压弧线）或三电极（用于电化学体系，如责任电极、对电极、参比电极）；
绝缘性：电极间绝缘层需耐受高电压且不产生浑浊，常用SiO2、Al2O3等；
兼容性：可与加热功能集成（即原位电-热联用）。
典型运用：
电板材料的充放电经过（如Li-ion电板中Li+镶嵌/脱嵌导致的电极体积扩张、相变）；纳米器件的失效机制（如金属互联线的电移动、半导体器件的击穿）；电催化反应（如HER、OER反应中催化剂的结构变化与活性位点演化）。
图7：10个轮回电流中，电极的千里积/剥离的STEM图像。DOI：10.1021/acsnano.7b05513。
原位力学调控
通过样品台的微机电系统（MEMS）或压电启动安装，对样品施加拉伸、压缩、迤逦、纳米压痕等力学载荷，及时不雅察材料在应力下的变形、断裂、位错通顺等活动，是力-结构耦合商讨的中枢妙技。
图8：原位力电一体样品杆。
样品台策画：
启动表情：压电陶瓷启动（高精度，位移分离率可达纳米级）、电机启动（大载荷范围）；
力测量：集成小型力传感器（如压阻式、电容式），可及时记载力-位移弧线；
样品制备：需将样品加工成微纳米圭表的小试样（如纳米线、薄膜条带），以适配样品台夹具。
典型运用：
纳米材料的力学性能（如纳米线的拉伸强度、弹性模量）；晶体中的位错通顺、孪生变形（如金属材料的塑性变形机制）；复合材料的界面勾通强度（如纤维/基体界面的剥离经过）。
图9：直径为25.3nm的单根硅纳米线在原位电镜中的迤逦履行。DOI：10.1021/nl204282y。
原位气体/液体环境
传统TEM需在高真空（10-5-10-7Pa）下责任，而ETEM通过环境样品杯（EnvironmentalCell，E-cell）在样品区域构建局部气体（如O2、H2、CO）或液体（如水、电解液）环境，同期保持电子束通说念的高真空，完毕实在反应环境下的动态不雅察。
图10：原位液体电化学及原位敌视加热样品杆。
样品台策画（E-cell）：
密封结构：遴荐超薄窗口（如Si3N4、C膜，厚度50-100nm）分隔样品环境与TEM真空，窗口需鼓胀薄以减少电子束衰减；
环境适度：可精确适度气体压力（0.1-10bar）、流量、温度，液体环境可适度pH值、离子浓度；
博亚体育2026世界杯中国官网兼容性：可与加热、电场联用（如原位气-热-电联用商讨催化反应）。
典型运用：
多相催化反应（如CO氧化、甲烷重整中催化剂的动态结构变化与反应中间体不雅察）；材料的腐蚀/氧化经过（如金属在湿气氧气中的锈蚀机制）；生物样品的动态活动（如液体中纳米颗粒的分散与拼装、细胞的动态经过）。
图11：气体环境调控的纳米颗粒刻画的原位电镜履行。DOI：10.1039/C8CC04574G。
综上，In-situTEM的中枢价值是在纳米圭表上尊龙凯时，将结构与性能/反应及时关连，为清爽材料的动态活动和反应机制提供了径直可视化左证，是现时微不雅表征工夫中最具挑战性和更动性的标的之一