电子显微镜是用来观察材料微观形貌的仪器，在化工过程开发中，催化剂的表面形貌可以利用电子显微镜进行非常详细的观察和研究。通过电子显微镜自带的能量分析仪，还可以对催化剂表面的化学成分进行半定量分析。电子显微镜可分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种。

透射电子显微镜是将经过加速和聚集的电子束透射到薄的样品上，电子束中的电子碰撞原子而改变运动方向，产生散射。发生散射的电子其散射角的大小与样品的厚度和密度有关，故形成明暗各异的影像。由于电子的波长很短，所以电子显微镜的分辨率要比光学显微镜的高。在理论上电子显微镜的分辨率可达到0.1～0.2 nm，放大倍数可达到几万～几百万倍。在选用了光栅后，还可以将电子束进行衍射分析，成像在物镜的后焦面上，得到待测样品的电子衍射图像，通过电子衍射图像可对待测样品的内部结构进行分析。图1-34分别是三级透射电子显微镜的放大率像（a）和衍射像（b）的光路成像原理图。

扫描电子显微镜是利用二次电子信号的成像来对样品进行表面观察的。在操作时使用极狭窄的电子束扫描样品，通过样品和电子束的相互作用产生样品的二次电子，而二次电子可以产生样品表面放大后的图像，通过收集二次电子成像就可以得到样品的表面信息图像。相对于透射电镜，扫描电镜的成像优点有：第一，扫描电镜有很高的放大倍数，而且可以在20～20万倍之间连续调节；第二，扫描电镜的成像图像景深大、视野大、成像立体感强，可以直接在凹凸不平的样品表面进行观察；第三，样品制备简单。图1-35是扫描电镜工作原理示意图。

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图1-34　三级透射电镜（a）高放大率成像（b）选区衍射成像

图1-35　扫描电镜工作原理图

此外，还有利用微型力探针元件与微观表面原子的作用成像的原子力显微镜。原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料的表面结构的仪器。在元件中的针尖接近样品时，对微弱力极端敏感的微悬臂在原子力的作用下会发生形变或者运动状态发生变化。收集这些变化信息，就可以得到作用力的分布信息，从而可以获得待测样品表面形貌的信息。