📖 本文是 Chapter 1 · 初识 SEM 的第 4 篇。
学到这里，你已经认识了扫描电子显微镜（SEM），也知道它能够帮助科研人员观察微观世界。
如果继续阅读论文或者浏览实验室介绍，很快又会遇到另一个名字——TEM。
很多初学者都会产生同一个疑问。
SEM 是扫描电子显微镜，TEM 是透射电子显微镜，名字都带着"电子显微镜"，它们到底有什么区别？是不是只是型号不同，或者 TEM 比 SEM 更高级？
答案是否定的。
虽然两者都利用电子来观察微观世界，但它们承担的任务完全不同，就像相机和 CT 都能记录图像，却解决的是两类不同的问题。
理解这一点，比记住各种技术参数更加重要。
同样是电子显微镜，却关注着不同的问题
可以把 SEM 和 TEM 想象成两位医生。
一位医生主要观察人的外表。
皮肤有没有裂纹？有没有划痕？有没有肿胀？整体形态是否正常？
另一位医生则更关注身体内部。
骨骼有没有断裂？器官有没有病变？内部组织是否存在异常？
两位医生都在帮助患者检查身体，但观察角度完全不同。
SEM 与 TEM 也是如此。
SEM 更关注样品的表面，而 TEM 更关注样品的内部。
因此，它们并不是谁取代谁，而是分别回答不同的问题。
SEM 更擅长观察表面
对于很多材料来说，第一步通常都是观察表面。
研究人员希望知道：
材料表面是否平整？
有没有裂纹？
颗粒长什么样？
有没有孔洞？
不同区域之间是否存在明显差异？
这些问题都属于表面形貌分析，也是 SEM 最擅长完成的工作。
很多论文中看到的那些具有立体感的图片，例如颗粒、纤维、纳米线以及各种复杂表面，大多数都是通过 SEM 获得的。
因为它能够很好地表现物体表面的起伏，所以很多人第一次看到 SEM 图片时，都会觉得它像一张微观世界的黑白照片。
实际上，这种立体感正是 SEM 最鲜明的特点之一。
TEM 更擅长观察内部
如果说 SEM 是观察一栋房子的外观，那么 TEM 更像是直接进入房子里面。
它关注的不再是表面，而是材料内部到底是什么样子。
例如，一个纳米颗粒内部是否均匀？
材料内部有没有缺陷？
不同晶体之间是怎样排列的？
原子是否按照一定规律排列？
这些问题已经无法仅靠观察表面回答。
这时，就需要 TEM 发挥作用。
它能够帮助研究人员看到材料更深层次的信息，因此经常应用于纳米材料、高分辨率结构分析以及晶体研究等领域。
不过，这种能力也意味着它对样品提出了更高要求。
为什么 TEM 样品更难准备？
很多第一次进入实验室的人都会发现，SEM 实验往往能够在较短时间内完成，而 TEM 实验准备时间却可能长得多。
原因就在于，两种仪器观察样品的方式不同。
SEM 主要观察样品表面，因此很多块状材料、颗粒材料甚至一些尺寸较大的样品，都可以直接进行前处理后放入仪器。
TEM 则不同。
由于它需要获取样品内部的信息，因此电子必须能够穿过样品。
这意味着样品必须足够薄，通常需要制备成极薄的薄片。
对于很多材料来说，仅仅完成样品制备，就可能需要专门的设备和较长的时间。
因此，在很多实验室中，TEM 并不是每天都会使用，而更多用于深入研究那些已经确定需要进一步分析的问题。
为什么很多论文同时出现 SEM 和 TEM？
阅读材料科学论文时，经常会看到这样的情况。
前面先放几张 SEM 图片，后面又出现 TEM 图片。
这并不是重复实验，而是因为它们回答的是两个不同的问题。
SEM 告诉读者：材料整体形貌是什么样。
TEM 则进一步说明：材料内部结构是什么样。
例如，一种纳米颗粒经过 SEM 可以确认颗粒大小、分布是否均匀；而 TEM 则可以进一步观察颗粒内部是否存在特殊结构，或者不同材料之间是否形成了预期的界面。
两种结果结合在一起，研究人员才能对材料形成更加完整的认识。
因此，在高水平科研工作中，SEM 和 TEM 经常互相配合，而不是二选一。
TEM 一定比 SEM 更高级吗？
这是很多初学者都会问的问题。
因为 TEM 能够看到更小的结构，所以很多人自然认为，它一定比 SEM 更先进。
实际上，这是一种误解。
科研仪器并不存在简单的等级关系。
如果今天需要检查一块材料表面是否存在裂纹，那么 SEM 不仅能够完成任务，而且操作更加方便、样品准备更加简单。
如果今天研究的是一种纳米晶体内部结构，那么 TEM 才是正确的选择。
真正决定仪器价值的，从来不是它能够放大多少倍，而是它是否能够回答当前研究的问题。
因此，在很多科研机构中，SEM 的使用频率往往远高于 TEM。
不是因为 TEM 不重要，而是因为绝大多数研究工作的第一步，都需要先了解样品表面的整体情况。
只有当表面分析已经不能满足研究需求时，才会进一步采用 TEM 开展更深入的研究。
本章小结
SEM 和 TEM 都属于电子显微镜，但它们并不是同一种仪器的不同版本，而是两种观察思路完全不同的分析工具。
SEM 更关注材料表面的形貌和整体特征，因此操作相对方便、适用范围广，也是科研和工业中最常用的电子显微镜。
TEM 更关注材料内部结构以及更加精细的微观信息，因此样品制备要求更高，也更适合开展深入的结构研究。
对于科研人员来说，它们不是竞争关系，而是互相补充。
很多研究工作都会先使用 SEM 建立对样品整体形貌的认识，再根据研究需要决定是否进一步采用 TEM 进行更深入的分析。
至此，我们已经完成了 Chapter 1 · 初识 SEM 的全部内容。
接下来，我们将正式进入课程的第二章，不再讨论"SEM 是什么"，而是开始回答另一个更加核心的问题：
一台扫描电子显微镜，究竟是如何工作的？
下一篇：一台 SEM 是如何工作的？从电子枪发射电子开始，带你完整认识 SEM 的工作流程。
1：Zhu, M.-Q., Chen, G.-C., Li, Y.-M., Fan, J.-B., Zhu, M.-F., & Tang, Z. (2011). One-step template-free synthesis of monoporous polymer microspheres with uniform sizes via microwave-mediated dispersion polymerization. Nanoscale, 3(11), 4608.