Kính hiển vi điện tử truyền qua được phát triển từ năm 1930 là công cụ kĩ thuật không thể thiếu được cho nghiên cứu vật liệu và y học. Dựa trên nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi quang học kính hiển vi điện tử truyền qua có ưu điểm nổi bật nhờ bước sóng của chùm điện tử ngắn hơn rất nhiều so với của ánh sáng nhìn thấy nên nó có thể quan sát tới kích thước cỡ 0,2nm. Các điện tử từ catôt bằng dây tungsten đốt nóng đi tới anôt và được hội tụ bằng thấu kính từ lên mẫu đặt trong buồng chân không. Tác dụng của tia điện tử tới mẫu có thể tạo ra chùm điện tử thứ cấp, điện tử phản xạ, điện tử Auger, tia X thứ cấp, phát quang catôt và tán xạ không đàn hồi với các đám mây điện tử trong mẫu cùng với tán xạ đàn hồi với hạt nhân nguyên tử. Các điện tử truyền qua mẫu được khuếch đại và ghi lại dưới dạng ảnh huỳnh quang hoặc ảnh kĩ thuật số.
Khi chùm điện tử chiếu tới mẫu với tốc độ cao và trong phạm vi rất hẹp, các điện tử bị tán xạ bởi thế tĩnh điện giữa hạt nhân nguyên tử và lớp mây điển tử của vật liệu gây nhiễu xạđiện tử. Nhiễu xạ điện tử có thể cung cấp những thông tin rất cơ bản về cấu trúc tinh thể và đặc trưng của vật liệu. Chùm điện tử nhiễu xạ từ vật liệu phụ thuộc vào bước sóng của chùm điện tử tới và khoảng cách mặt mạng trong tinh thể, tuân theo định luật Bragg nhưđối với nhiễu xạ tia X là 2d.sinθ = nλ.
Khác với nhiễu xạ tia X, do bước sóng của chùm điện tử thường rất nhỏ nên
dưới 0,010. Tuỳ thuộc vào bản chất của vật liệu, ảnh nhiễu xạ điện tử thường là một
loạt những vòng sáng đối với mẫu có nhiều vi tinh thể định hướng ngẫu nhiên hoặc
là mạng lưới riêng biệt những điểm sáng sắc nét đối với mẫu đơn tinh thể hay mẫu có kết cấu. Mỗi điểm sáng sắc nét trên ảnh nhiễu xạ vi điện tử là ảnh của nguồn điện. Các ảnh TEM của vật liệu được chụp trên kính hiển vi điện tử truyền qua
JEOL TEM 5410 NV có điện thế từ 40 ÷ 100 kV, độ phân giải đối với điểm ảnh là
0,2 nm, đối với ảnh mạng tinh thể là 0,15nm, độ phóng đại từ 20 ÷ 500 000 lần.
Hình 2.6: Kính hiển vi điện tử truyền qua JEOL