【摘要】 依托球差电镜的原子级成像能力，科学指南针提供 HAADF-STEM、STEM-EDS、STEM-EELS 组合方案，实现结构、元素分布与电子态信息的同步获取，适用于电池材料、催化剂、纳米材料与半导体等研究方向的高端表征需求。

一、从结构到电子态：球差电镜的“深度能力”

球差电镜不仅仅是“看得更清楚”。

更重要的是，它能将原子级结构 + 元素分布 + 电子态信息整合在一起，形成材料研究最重要的高分辨组合工具。

在实际科研中，研究者经常会问：

  • “球差电镜 + EELS 去哪里做？”

  • “想看价态变化，需要球差设备吗？”

  • “STEM-EDS 和 STEM-EELS 有什么区别？”

  • “电池材料充放电后价态怎么测？”

这些问题都指向球差电镜的核心价值：结构与谱学的深度耦合。

 

二、HAADF-STEM：Z 对比原子柱成像

HAADF（高角环形暗场）模式能呈现以下信息：

  • 原子序越大亮度越高

  • 重元素位置一目了然

  • 清晰识别缺陷、界面、相界

科研人员经常会问：

“为什么我的普通 TEM 看不到这些原子柱？”

因为很多原子序差异、界面结构、轻重元素共存体系，需要球差 + HAADF 才能明显呈现。

 

三、EDS：组成、界面、掺杂位置的判断工具

STEM-EDS 能用于：

  • 多相界面成分变化

  • 掺杂元素进入晶格的证据

  • 颗粒内部与表面的元素分布

  • 核壳结构是否完整

例如电池材料研究中常问：

“金属是否从层状结构迁移？”

此类问题通常需要高分辨 STEM-EDS 才能解决。

 

四、EELS：价态与电子结构变化的核心技术

EELS（电子能量损失谱）可获得：

  • 价态变化

  • 能级结构信息

  • 氧空位与局域电子结构

  • 金属–氧键变化

典型科研需求包括：

  • “电池材料充放电后，金属价态有没有变化？”

  • “催化剂反应前后发生了什么电子结构改变？”

这些都是 EELS 的适用场景。

 

五、球差电镜为何在高端材料研究中如此关键？

因为它提供了一个完整的信息链：

信息类型

来自技术

典型用途

原子级结构

Cs-TEM / Cs-STEM

原子排列、缺陷、界面结构

元素分布

STEM-EDS

掺杂、迁移、成分过渡

电子态

STEM-EELS

价态变化、能级结构

因此研究者会问：

“做电池/催化论文，为什么 reviewer 经常要求球差电镜？”

原因就是球差电镜能提供原子尺度的直接证据。

 

六、科学指南针的服务方式：结构 + 成分 + 电子态的整体方案

科学指南针在高端测试类别中覆盖球差电镜及其谱学联用方向，服务特点包括：

1）测试方案设计

根据研究目标判断：

  • 是否需要 HAADF

  • 是否需要 EDS 或 EELS

  • 样品是否适合球差条件

  • 成像 vs 谱学的优先级

2）排期对接

帮助研究者解决“球差电镜排期难”的问题。

3）多类型数据交付

包括：

  • 原子级图像

  • 亮度分布

  • EDS mapping

  • EELS 光谱与处理文件

4）技术理解辅助

例如：

  • “这个 L-edge 峰位变化说明了什么？”

  • “为什么这个位置的亮度差异代表重元素富集？”

为科研数据的后续使用提供更多支持。