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揭示材料的晶體結(jié)構(gòu)，如晶格、空間對(duì)稱性和局域結(jié)構(gòu)，是了解其物理化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵。雖然利用衍射技術(shù)可以解決材料晶體結(jié)構(gòu)的平均和周期性信息，但是，在實(shí)際應(yīng)用中，材料的非周期局域結(jié)構(gòu), 如表面、晶界、缺陷等則需要通過(guò)實(shí)空間的觀察來(lái)解析。在原子尺度揭示材料的晶體結(jié)構(gòu)，如晶格、空間對(duì)稱性和非周期局域結(jié)構(gòu)（表面，晶界，缺陷）等，對(duì)于了解材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系具有重要意義。為了在原子尺度上建立材料的性質(zhì)與其局域結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性，人們迫切需要用透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)敏感材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接成像。

雖然高分辨率 TEM是大多數(shù)材料結(jié)構(gòu)的常規(guī)表征手段，但由于電子束敏感材料（如分子篩，MOFs，COFs，有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦，鋰電池SEI等）對(duì)電子束輻照極為敏感。在常規(guī)TEM成像模式的高電子劑量輻照下，電子束敏感材料的結(jié)構(gòu)會(huì)被立即破壞變?yōu)榉蔷?，從而無(wú)法得到其原子排列結(jié)構(gòu)信息。因此，如何在無(wú)損傷的條件下以高分辨率和高信噪比在實(shí)空間中對(duì)電子束敏感材料的結(jié)構(gòu)直接成像是TEM技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)之一。

近年來(lái)，以Thermo Scientific™ Falcon™為代表的直接電子探測(cè)相機(jī)（Direct Electron Detector, DED）憑借其高靈敏度、低噪聲等優(yōu)勢(shì)，為極低電子劑量下電子束敏感材料的高分辨成像提供了新的解決方案。與CMOS以及CCD相機(jī)相比，DED相機(jī)最大的特點(diǎn)是不再使用通過(guò)閃爍體轉(zhuǎn)換電子信號(hào)為光子信號(hào)再耦合的間接探測(cè)方式，而是可以直接探測(cè)入射電子信號(hào)。因此，F(xiàn)alcon™ DED相機(jī)具有高探測(cè)量子效率，允許其在極低電子劑量下來(lái)對(duì)電子束敏感材料的結(jié)構(gòu)直接成像。

使用Falcon 3獲得的二維全有機(jī)鈣鈦礦CMD-N-P₂的HRTEM圖像，成像電子劑量~1.1 e/ ?²。^[1]

使用Falcon 4i獲得的MIL-101的HRTEM圖像，成像電子劑量~42 e/ ?²。

MIL-101樣品由重慶大學(xué)劉玲梅教授，張大梁教授提供；低劑量HRTEM圖像由賽默飛上海納米港劉蘇亞博士獲取。