掃描電鏡（SEM）把細束電子像畫筆一樣在樣品表面來回掃描，電子與表層原子短暫碰撞后，釋放出二次電子或背散射電子。探測器把這些信號逐點收集、放大，最后在屏幕上拼成一幅二維強度圖。因為作用深度只有幾納米，SEM 的圖像顆粒輪廓、裂紋走向、元素襯度一目了然。

透射電鏡（TEM）則讓高能電子直接“穿墻而過”。只有當樣品被削到百納米以下，電子才能帶著晶格間距、厚度、缺陷密度的信息抵達下端的透鏡系統。經過衍射、干涉、放大，最終得到的是原子尺度的二維投影。若想再往前走一步，選區衍射（SAED）或高分辨像（HRTEM）可以把晶體結構、位錯、甚至單原子缺陷一并呈現出來。

設備參數與操作差異

1.加速電壓和放大倍數是最直觀的差別：SEM 通常工作在 5–30 kV，放大 10 倍到兩百萬倍；TEM 則運行在 60–300 kV，放大倍數可輕松突破五千萬倍。

2.景深方面，SEM 的毫米級景深讓粗糙三維樣品也能整體清晰；TEM 的景深極短，只能聚焦亞微米薄片，但換來的是原子級細節。

3.真空要求：SEM 可以在高真空、可變壓力或環境模式下切換，含水或不導電樣品也能觀察；TEM 必須維持高真空，機械振動、磁場漂移都得嚴格控制。

4.樣品制備：SEM 樣品要求相對低，尺寸可較大，制樣簡單耗時短；TEM 樣品需制成薄片，尺寸小，制樣復雜耗時久。

5.成像原理與圖像觀察：

SEM 的常規成像包括：二次電子像（SEI）看表面形貌，背散射像（BSE）看成分襯度，再配上能譜（EDS）就能做元素面分布；加裝電子背散射衍射（EBSD）還可繪制晶粒取向圖。

TEM 的成像包括：明場像（BF）提供質量-厚度襯度，暗場像（DF）突出衍射襯度，高分辨像（HRTEM）直接顯示晶格條紋，掃描透射像（STEM）給出 Z 對比度，電子能量損失譜（EELS）則能揭示元素、化學態乃至電子結構。

如何選擇？兩者有什么優勢？

如果任務只是觀察裂紋、腐蝕、鍍層厚度、顆粒分布，或者快速篩查缺陷、污染，而樣品尺寸大、無需超薄化，那么成本低、時間短的 SEM 就是首選。

如果需要研究晶界、位錯、層錯、析出相，或者測量原子尺度缺陷、界面結構，甚至做選區衍射，則需要用到TEM。

在復雜項目中，兩者可以串聯：先用 SEM 快速定位感興趣區域，再用 FIB 精準制樣轉 TEM；SEM 可做連續切片成像（SBF-SEM），TEM 可做電子斷層掃描（ET），實現從宏觀到原子尺度的全鏈條表征。

掃描電鏡（SEM）：

優勢：主要用于觀察樣品的表面形貌和成分分析。樣品制備相對簡單，對樣品的尺寸要求較寬松。可以在較低的真空度下工作，甚至可以觀察經過處理的含水或不導電的樣品。

應用場景：在材料科學、地質學、生物學等領域中，用于觀察樣品的表面特征、顆粒大小、形狀等。結合能譜分析技術，可以確定樣品表面的元素組成。

透射電鏡（TEM）：

優勢：能夠提供高分辨率的樣品內部結構信息，如晶體結構、位錯、納米尺度的缺陷等。可以進行選區電子衍射等分析，確定晶體結構和取向。

應用場景：在材料科學研究、納米技術、生物學等領域中，用于觀察材料的微觀結構、納米材料的形態和結構、細胞的內部細胞器等。

成本與易用性對比

掃描電鏡（SEM）相對較為便宜，操作也比較簡單，對樣品的制備要求相對較低。而透射電鏡（TEM）價格昂貴，操作復雜，樣品制備也需要較高的技術水平——透射電鏡（TEM）的樣品需要非常薄，目前已經開發了許多方法，包括電拋光，機械拋光和聚焦離子束刻蝕。 對于預算有限或常規檢測任務，SEM 是性價比首選；若深入研究材料的內部結構和微觀特性，則 TEM更加合適。