TEM中明场像（BF）、暗场像（DF）与高角环形暗场像（HAADF）的成像原理衬度来源、分辨率、图像特征上的核心差异适用的样品类型与典型应用场景TEM 的明场像（BF）、暗场像（DF）、高角环形暗场像（HAADF），核心区别在于，进而导致成像原理、特征及适用场景不同。三者都在材料微观表征中有重要作用，具体对比如下：

明场像（Bright-Field, BF）

成像原理

物镜光阑未发生偏转的透射束暗色亮色明场像与暗场像成像原理对比示意图。

关键特点

：衍射衬度质厚衬度2）：

位错、第二相、晶界，衍射电子多、透射电子少→呈暗区不满足衍射条件的区域，如；

厚/高原子序数区域，透射电子少→呈暗区薄/低原子序数区域→呈亮区3）：，取决于样品厚度与电镜加速电压，无法直接观察原子，但能清晰呈现微米-纳米尺度的结构形貌；

操作简单无需倾转样品或调整光阑位置，常规TEM模式即可获取，是最基础的成像方式。

信息全面：图2：明场像与暗场像对比图。

适用场景

：2）：位错线（暗线）、层错（明暗交替条纹）、晶界（暗线）3）如碳膜上纳米颗粒的分布，颗粒暗、膜亮；生物切片的细胞器观察，细胞器暗、细胞质亮。

暗场像的核心是仅让成像。目标区域因能产生该衍射电子，；基体或其他区域无法产生该。

其中，是最常用的暗场模式：倾转样品使目标衍射斑移至光阑中心，确保更多衍射电子通过，提升图像信噪比。

关键特点

衬度来源衍射衬度2）：衍射电子多→暗场像中呈；无目标衍射电子→暗场像中；3）：，无法看到原子，但因仅选择单一衍射电子，对目标区域的识别精度更高；

操作要求需倾转样品或移动光阑，需先通过电子衍射花样确定目标区域的衍射斑位置，操作比明场像复杂。

1）：2）：3）：图6：明场像与暗场像对比图。

高角环形暗场像（ HAADF）

成像原理

是扫描透射电镜（STEM）的核心成像模式，原理是仅让高角度弹性散射电子电子束与样品原子作用时，被原子核对电子的静电引力散射至大角度的电子，通常＞50 mrad。

STEM（扫描透射电子显微镜）模式图7：高角环形暗场像成像原理示意图

样品中原子序数大的区因高角散射电子多而呈，原子序数小的区域因高角散射电子少而呈，即，Z 为原子序数。

关键特点

来：，与晶体结构、衍射条件无关，仅由原子序数决定，Z越大越亮，是成分敏感型成像；

：，球差校正STEM可达0.05 nm，可直接观察原子列的排列，如面心立方晶体的原子列呈亮斑阵列；

：4）操作要求需STEM模式，部分TEM可加装STEM附件，，需超薄，通常＜50 nm，避免多重散射影响衬度。

1）原子级结构与成分分析如，如Au纳米颗粒的原子排列，Au原子序数大呈亮斑；半导体的原子级缺陷，如Si中的空位、掺杂原子；

：原子序数差异导致明暗不同3）生物大分子或轻元素材料的高分辨率观察如蛋白质的原子结构，通过重原子标记使其呈亮斑、石墨烯中的缺陷，C原子序数小呈暗背景，缺陷处因吸附原子或结构畸变呈亮区。

为了更直观地对比，我们将三者的核心差异总结于下表：

总结：如何选择三种成像方式？

1.快速观察材料整体形貌与常规缺陷，或分析非晶/厚样品：优先选暗场像，特异性强，目标高亮，对比度高；

3.需要原子级分辨率的结构观察，或分析成分的原子级分布：选