原标题：如何用Digital Micrograph（DM）软件分析与处理透射电镜TEM图像测试结果

在科研实验中，为深入探讨物体表面形貌，特别是观察0.2微米以下细微结构（具有亚显微或超微结构）时，常需使用透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope,TEM）。

但是，对TEM测试结果即常用“.dm3”格式文件进行处理往往使很多科研人员无所适从。

其实Digital Micrograph（DM）是透射电镜TEM图像分析与处理中最为专业的软件之一，它并不像人们所认为的那样难以操作。软件中的一些基本操作在之前都有介绍过，在这里小编会根据自身的科研经验选取相关科研实例来说明DM软件进阶操作。

1.测量晶面间距

基于高分辨率TEM图像测量，计算物相晶格间距，是掌握DM技术的基本操作。根据测量得到的晶格间距，结合X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）结果，可以进一步验证材料组成，并分析物相的对应晶面。

具体操作步骤如下：

1. 图片的放大与移动

打开一张“.dm3”格式的高倍率TEM照片（图1），进行放大操作并选择好待测区域。

图1 dm3文件的导入

通常情况下，导入的高倍率TEM图片能看到清晰的晶格条纹。然而，也有一些图片由于信噪比等多方面拍摄原因，导致晶格条纹看起来略显模糊。对于此类图片，我们首先需要用到放大功能（图2红框右边），随后选用手性工具（图2红框左边）将待测区域移动到界面中心。

图2 图片的放大与移动

2.晶格间距的粗略测量

确定好待测晶格条纹区域，在“Standard Tools”下选择线性工具，在图中拖动鼠标画一条直线。注意，所画直线需尽量与晶格条纹垂直，确保准确性。如图3所示，可以看到在“Control”工具下会出现线条长度，为了便于计算，一般选取线条长度为10个晶格间距，故而可以粗略估算出该晶格间距约为0.3014 nm。

图3 晶格间距的粗略测量

3.晶格间距的精准测量

在实际科研分析时，对资料的精度要求很高，特别是在诸于晶格间距测量时，微小的误差就可能造成很大的偏差。科研工作者为较精确地测量晶格间距一般要经过以下工序。

首先，对图片进行区域放大和选择后，选择“Standard Tools”下的划线工具（图4红框）在图上画一条直线，软件操作界面将会出现一个额外的“Profile”框，然而，图中“Profile”框内的晶格条纹并不清晰（图4蓝框）。

图4 晶格条纹的选择

为使所选晶格条纹尽量清晰和测量结果尽量精确，可双击所画线，设线宽20,如图5。

图5 设置线条宽度

此时可以看到，“Profile”框内的晶格条纹变得清晰立体，各个柱形高度越接近，测出的结果也越准确。如图6所示，用鼠标左键在“Profile”框内拖动出虚线框，随后会显示框线长度，该框线长度即为所选晶格条纹的总长度，图中所选为10个周期的晶格间距，约为2.998 nm，由此可计算得出该晶格条纹间距为0.2998 nm。

图6 晶格间距精准计算

2.选取电子衍射分析

一组综合分析TEM图片必须要选择电子衍射图（SAED）。电子衍射图能够进一步实现待测样品晶体结构及晶相组成的识别，以提高样品分析精度及可靠性。

如图7所示，首先按照上述步骤打开一张常见的SAED图片，并确定圆心位置。采用“Standard Tools”下的圆心标定功能（图7左边红框），选择图中比较明显的两个过圆心对称点，鼠标左键分别点击（图中绿框），随后出现图7所示圆心。

图7 衍射图圆心的确定

在确定圆心的基础上，需要对SAED图上的衍射斑点进行进一步的标定以确定晶面间距。选定图8所示工具（红框内），随后利用鼠标左键在衍射图上一一点击相对清晰明显的衍射斑点，为了结果的准确性，衍射斑点的标定应最少应该大于3个，放大后可以看到图上的点击后的衍射斑点均被数字标记（图8右边）。

图8 衍射斑点的标定

标定结束后，在菜单栏的“Window”项目下选择“Show Results Window”即可打开“Results”查看相关结果，主要包括距离“d”、误差“R”以及角度“Degree”等。所标定的所有衍射点与圆心的距离以及相对于第一个衍射斑点的衍射角都能从图中清晰的看到（图9）。

图9 SAED衍射斑点标定结果

结合XRD测试结果，通过“d”值的比对（本例的PDF卡片为随意选取），即可确定晶面指数。如图10所示，若根据“Results”结果，“d”值为0.31355 nm，则可对应于图中的（1 1 1）晶面，据此就确定了该衍射斑点的晶面。

图10 示例PDF标准卡片

对多晶材料而言，将其结果引入PPT或PS作图软件中，经处理后可获得衍射圆环SAED图谱（图11）。

图11 多晶材料的SAED衍射图

3.位错分析

DM除以上功能外还有另一重要作用，即晶格位错识别与分析，当然即使在晶格位错小的TEM照片中，利用这种分析手段，晶格图片也能变得更清晰。小编在此作一具体说明。

1.傅里叶变换

首先打开一张高倍率TEM图片，选择“ROI Tools”区域的矩形框选工具（图12红框），在图中框选操作区域。注意，为了使所框选区域为正方形，需在框选的同时按住键盘上的“Alt”键，如图12所示。

图12 工作区域的选择

选择好工作区域后，即可对该区域进行傅里叶变换，点击菜单栏的“Process”，在下拉菜单中选择“FFT”，弹出该区域的傅里叶变换图（图13）。

图13 傅里叶变换图

2.反傅里叶变换

如图14，对于傅里叶变换后的区域图片，选择DM左侧工具栏中的“Masking Tools”，点击其中的周期性Mask工具（图14中红框）并点击图中周期性的点。

图14 Mask工具处理

如图15，选择菜单栏中的“Process”，在下拉菜单中选择“Apply Mask”，随后点击“OK”，即可得到反傅里叶变换前处理图片。

图15 反傅里叶变换前处理

最后将获取到的工作区域图片执行“Inverse FFT”运算，可以在图16右侧红框中获取反傅里叶变换图片。

图16 反傅里叶变换结果

从图中可以看到，晶格存在明显的交错情况，这是因为小编选择的区域内存在一定量的位错。当然，若选择的区域内位错较少或不存在位错，则经过最终的反傅里叶变换的图片里面的晶格条纹相比于原图将会更加清晰（关于区域的选择，读者可自行摸索尝试）。

4.应用实例

随着TEM的推广，与之相关的应用范围越来越广，特别是科研领域,DM处理过的TEM图片更是普遍存在于各领域的科研论文之中。

镁热还原定义为以下反应高温下汽化或液化的镁还原各种金属氧化物（例如SiO2，ZrO2，TiO2和GeO2）。各种类型的二氧化硅/碳（SiO2/C）复合材料的磁热还原法经常被用来合成硅/碳（Si/C）复合材料和碳化硅（SiC）材料，这在非金属氧化物陶瓷研究领域中非常重要。Jihoon等人[1]通过控制合成参数，例如二氧化硅和母体材料的碳之间的接触面积，反应温度，加热速率和所使用的反应混合物的数量来控制Si和SiC之间的所得晶相比。如图17所示，通过TEM分析，结合XRD结果，可以清楚地观察到反应后在碳纳米球表面上的SiC（111）晶面的晶状条纹。

图17 SiC的TEM和XRD分析

此外，TEM分析也常应用在电化学储能器件领域。shen等人[2]使用简单的相转化方法制备出了新型的Fe3C掺杂不对称多孔碳膜电极材料，展现出了优异的电化学性能。图18显示了该复合材料的TEM图像、HR-TEM图像和SEAD模式。从中可以清晰的看到Fe3C的晶格条纹，其晶面间距为0.201 nm，与Fe3C(0 3 1)晶面很好地匹配。SAED图则分别标出了Fe3C的(0 2 0)、(0 3 1)和(4 0 1)晶面的衍射环。

图18 Fe3C的TEM分析

这是针对TEM照片处理软件DM进行实战演练并给出了相关案例，但是其实在应用DM时，不同TEM照片处理方式稍有不同，更多的情况下，我们一般都要借助于相关的插件来辅助处理它。比如说FEI型号的TEM照片多为“mrc”格式，就需要相关插件对图片格式进行转换。在这里，小编提供两个常见的DM插件下载地址，读者可根据自己的需要选择下载：

1. www.dmscripting.com

2. www.felmi-zfe.at 返回搜狐，查看更多

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