透射电子显微镜

透射电子显微镜（transmissionelectronmicroscope，TEM）是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备。透射电子显微镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，其电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件（如荧光屏、胶片，以及感光耦合组件）上显示出来。高速的电子的波长比可见光的波长短（波粒二象性），而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的理论分辨率（约0．1nm）远高于光学显微镜的分辨率（约200nm）。透射电子显微镜如今已经广泛应用于自然科学各领域，尤其在物理、化学、生物、医学和材料科学等方面发挥着不可代替的作用。

由于高分辨透射电子显微镜的分辨率能够达到0．2nm左右，即拥有原子级别的分辨率，所以使用高分辨透射电子显微镜观测共价有机框架材料可以分辨出其骨架结构、孔道形状以及二维共价有机框架材料的层状结构等。Jiang小组［2］报道的二维共价有机框架材料Py-An-COF的高分辨透射电子显微图像中可以看出清晰整齐的网状结构图样（见图5- 27），进一步放大可以清晰地辨认出Py-An-COF的四边形的开孔结构。Jiang小组［11］报道的二维共价有机框架材料TPB-DMTP-COF的高分辨透射电子显微图像中可以辨认出其的六边形的开孔结构和整齐堆叠的层状结构（见图5-28）。

图5-27 Py-An COF的透视电子显微［2］

图5-28 TPB-DMTP-COF的透视电子显微［11］

Banerjee小组［10］报道的一步无模版法合成具有介孔壁的共价有机框架中空球（见图5-29）的论文中。研究者测试了不同反应时间所得到的共价有机框架材料COF-Dha-Tab的透射电子显微镜图像（见图5- 30）发现：经过12小时的溶剂热反应后所得的COF-Dha-Tab为杆状结构的晶体，长度为100～150nm，宽度为50nm左右，晶体自组装堆积成各种形状，其中包括卷曲的球形；在反应24小时后晶体尺寸有所增大，同时晶体自组装堆积现象更加明显，同时相貌更像球状结构；反应36小时后发现晶体自主装堆积形成了表面比较粗糙但是球体结构已经比较完整；经过72小时的反应后发现COF-Dha-Tab晶体自主装形成的中空球状的内外表面都比较平整。

图5-29 COF-Dha-Tab空心球的形成机理［10］

图5-30 透射电子显微镜图像跟踪COF DhaTab空心球的形成过程。第一行为12小时（标尺分别为200nm，100nm），第二行为24小时（标尺分别为100nm，50nm），第三行为36小时（标尺分别为200nm，50nm），第四行为72小时（标尺分别为200nm，20nm）［10］