Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là phƣơng pháp cho phép sử dụng chùm tia electron năng lƣợng cao để quan sát các vật thể rất nhỏ. Độ phóng đại của TEM là 400.000 lần đối với nhiều vật liệu và thậm chí lên đến 15 triệu lần đối với các nguyên tử. Với ƣu thế về độ phóng xạ rất lớn, TEM là công cụ đắc lực trong việc nghiên cứu các vật liệu nano.
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua.
Nguyên lý làm việc của máy TEM đƣợc mô tả nhƣ sau: chùm electron đƣợc tạo ra từ nguồn sau khi đi qua các thấu kính hội tụ sẽ tập trung lại thành một dòng electron hẹp. Dòng electron này tƣơng tác với mẫu và một phần sẽ xuyên qua mẫu. Phần truyền qua đó sẽ đƣợc hội tụ bằng một thấu kính và tạo ảnh. Ảnh sẽ đƣợc truyền đến bộ phận phóng đại. Cuối cùng tín hiệu tƣơng tác với màn huỳnh quang và sinh ra ánh sáng cho phép ngƣời dùng quan sát đƣợc ảnh. Phần tối của ảnh đại diện cho vùng mẫu đã cản trở, chỉ cho một số ít electron xuyên qua (vùng mẫu dày có mật độ cao). Phần sáng của ảnh đại diện cho những vùng mẫu không cản trở, cho nhiều electron truyền qua (vùng này mỏng hoặc có nhiệt độ thấp).
Ảnh TEM thu đƣợc sẽ là hình ảnh mặt cắt ngang của vật thể. Ảnh TEM có thể cung cấp thông tin về hình dạng, cấu trúc, kích thƣớc của vật liệu nano.
Tuy có ƣu điểm là độ phóng đại và độ phân giải cao nhƣng TEM không thể hiện đƣợc tính lập thể của vật liệu. Do vậy, TEM thƣờng đƣợc dùng kết hợp với kính hiển vi điện tử quét (SEM) để phát huy ƣu điểm của cả hai phƣơng pháp này.