Hiện nay, kính hiển vi điện tử quét (HVĐTQ) đang được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu ảnh vi hình thái bề mặt mẫu. Độ khuếch đại của kính hiển vi điện tử quét thông thường từ vài chục ngàn đến vài trăm ngàn lần, năng suất phân giải phụ thuộc vào đường kính của chùm tia chiếu hội tụ trên mẫu.
Nguyên lý hoạt động : một chùm tia điện tử đi qua các thấu kính điện từ hội tụ tại một diện tích rất nhỏ chiếu lên bề mặt mẫu nghiên cứu. Nhiều hiệu ứng xảy ra khi các hạt điện tử của chùm tia va chạm với các nguyên tử ở bề mặt vật rắn. Từ điểm ở bề mặt mẫu mà điện tử chiếu đến, có nhiều hạt và nhiều loại tia phát ra trong đó có điện tử thứ cấp. Số điện tử thứ cấp phát ra phụ thuộc độ lồi lõm ở bề mặt mẫu, số điện tử tán xạ ngược phát ra phụ thuộc nguyên tử số Z, bước sóng tia X phát ra phụ thuộc nguyên tử ở mẫu là nguyên tố nào… Cho chùm điện tử quét trên mẫu và quét một cách đồng bộ một tia điện tử trên màn hình của đèn hình, thu và khuếch đại một loại tín hiệu nào đó từ mẫu phát ra để làm thay đổi cường độ sáng của tia điện tử quét trên màn hình ta có được ảnh.
Độ phóng đại của HVĐTQ thông thường là từ vài nghìn lần đến vài trăm ngàn lần, năng suất phân giải phụ thuộc vào đường kính của chùm tia điện tử tiêu tụ chiếu lên mẫu. Với súng điện tử thông thường (sợi đốt là dây vônfram uốn chữ V) năng suất phân giải là 5nm đối với kiểu ảnh điện tử thứ cấp. Như vậy chỉ thấy được những chi tiết thô trong công nghệ nanô. Những HVĐTQ loại tốt có súng điện tử phát xạ trường (FEG – Field emission gun) kích thước chùm tia điện tử chiếu vào mẫu nhỏ hơn 0,2nm,
có thể lắp theo bộ nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược nhờ đó quan sát được những hạt cỡ 1nm và theo dõi được các sắp xếp nguyên tử trong từng hạt nanô đó.
Kính HVĐTQ có ưu điểm nổi bật là mẫu nghiên cứu có thể đưa trực tiếp vào thiết bị mà không cần qua bất cứ một sự gia công nào. Điều đó đảm bảo giữ nguyên trạng của mẫu. Nói cách khác là mẫu không bị phá hủy. Ngay cả bông hoa, các nhà khoa học cũng có thể đưa trực tiếp vào để nghiên cứu. Tuy vậy kính hiển vi điện tử quét chỉ là công cụ để nghiên cứu bề mặt (nghiên cứu lớp bên ngoài của vật). Hơn nữa độ phân giải bị hạn chế bởi khả năng hội tụ chùm tia điện tử. Với các mẫu bột việc sử dụng SEM là rất khó khăn. Lý thuyết cũng như thực nghiệm cho thấy độ phân giải của HVĐTQ kém thua một bậc so với kính HVĐT truyền qua.
Ảnh SEM của các mẫu sản phẩm của bài khóa luận được chụp tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đo ở điều kiện nhiệt độ phòng.