基本概念與光路設(shè)置

透射電子顯微鏡（TEM）的成像系統(tǒng)由三級(jí)透鏡組構(gòu)成，其中物鏡后焦面是衍射譜所在的位置。在該平面上插入可移動(dòng)的“物鏡光闌”（objective aperture）后，可以人為地限定能夠進(jìn)入后續(xù)透鏡并最終成像的電子束。

明場(chǎng)像（Bright-Field, BF） ：把光闌孔徑對(duì)準(zhǔn)透射束（000斑點(diǎn)），僅允許透射電子通過，其余衍射束及散射電子被擋掉，由此獲得的像稱為明場(chǎng)像。

暗場(chǎng)像（Dark-Field, DF） ：將光闌孔徑移至任一衍射斑點(diǎn)位置，僅讓該衍射束通過，其余電子束被遮擋，得到的圖像即為暗場(chǎng)像。

中心暗場(chǎng)像（Centered Dark-Field, CDF） ：為降低離軸像差，現(xiàn)代電鏡使用偏轉(zhuǎn)線圈把選定的衍射束（hkl）精確地折轉(zhuǎn)到光軸中心，再讓光闌孔徑仍保持原位。這樣得到的圖像既屬于暗場(chǎng)模式，也具備了更高的空間分辨率，習(xí)慣上稱“中心暗場(chǎng)像”。

光闌的位置與作用

物鏡光闌位于物鏡后焦面，它既能“過濾”掉不需要的散射電子，減少背景噪聲，又決定了圖像的襯度來(lái)源。改變光闌位置即改變成像電子束，從而切換明場(chǎng)與暗場(chǎng)模式。

襯度機(jī)制的互補(bǔ)與例外

1. 布拉格條件下的互補(bǔ)關(guān)系

在接近理想的雙束條件下（透射束+單一強(qiáng)衍射束），若忽略吸收與多次散射，則透射束強(qiáng)度 I_T 與衍射束強(qiáng)度 I_D 滿足 I_0 ≈ I_T + I_D（I_0為入射束強(qiáng)度）。

明場(chǎng)像中，滿足布拉格條件的區(qū)域因衍射強(qiáng)度高而透射強(qiáng)度低，呈現(xiàn)暗襯度；

暗場(chǎng)像中，同一區(qū)域因衍射強(qiáng)度高而呈現(xiàn)亮襯度。因此，雙束條件下的明、暗場(chǎng)像襯度近似互補(bǔ)，這也是教科書常見說(shuō)法的來(lái)源。

2. 非理想條件與襯度非互易

當(dāng)樣品取向偏離雙束條件，或存在多個(gè)強(qiáng)衍射束時(shí)，衍射花樣呈多束分布。不同衍射束對(duì)同一區(qū)域的衍射強(qiáng)度差異顯著；明場(chǎng)像的暗區(qū)未必在暗場(chǎng)像中全亮，反之亦然。以 Cu-12.7Al 合金馬氏體為例：

明場(chǎng)像（a）顯示若干灰度差異明顯的片層；

衍射花樣（b）揭示兩套疊加斑點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)馬氏體變體；

分別用斑點(diǎn) A、B 做 CDF（c、d）后，可見不同片層被選擇性點(diǎn)亮；

明場(chǎng)像的功能定位

1. 形貌與晶粒統(tǒng)計(jì)

明場(chǎng)像直觀給出樣品厚度、表面起伏、孔洞裂紋等宏觀形貌，且相鄰晶粒因取向差異導(dǎo)致衍射條件不同，呈現(xiàn)灰度差異，可直接用于晶粒尺寸分布統(tǒng)計(jì)。金鑒實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)操作，確保每一個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)都精準(zhǔn)無(wú)誤地符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2. 缺陷可視化

晶體缺陷（位錯(cuò)、層錯(cuò)、孿晶）或局域應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致取向微小變化，在明場(chǎng)像中表現(xiàn)為彎曲消光輪廓或條紋，據(jù)此可判斷缺陷類型與密度。

3. 第二相識(shí)別

基體與第二相通常具有不同晶體結(jié)構(gòu)或取向，衍射條件差異使兩者在明場(chǎng)像中呈現(xiàn)不同襯度，有經(jīng)驗(yàn)的研究者可快速評(píng)估第二相的形貌、分布與體積分?jǐn)?shù)。

4. 非晶樣品表征

非晶材料缺乏衍射襯度，僅存在質(zhì)量-厚度襯度，此時(shí)明場(chǎng)像仍是觀察顆粒形貌、測(cè)量尺寸的唯一手段。

暗場(chǎng)像的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

1. 弱襯度結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)

當(dāng)析出相與基體共格或取向差異極小時(shí)，明場(chǎng)像中兩者灰度接近，難以分辨。通過暗場(chǎng)像僅讓析出相的衍射束成像，可顯著增強(qiáng)其襯度，實(shí)現(xiàn)尺寸、形貌、分布的精準(zhǔn)測(cè)量。

2. 高應(yīng)變/細(xì)晶結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)

塑性變形引入的高密度位錯(cuò)與取向梯度使晶粒在明場(chǎng)像中邊界模糊。選擇對(duì)應(yīng)衍射束做暗場(chǎng)成像，可把畸變晶粒的衍射信號(hào)單獨(dú)提取出來(lái)，從而更準(zhǔn)確地進(jìn)行晶粒尺寸或織構(gòu)分析。

3. 缺陷的定向觀察

位錯(cuò)、層錯(cuò)等缺陷在不同衍射矢量 g 下的可見性遵循 g·b 判據(jù)。通過依次選擇不同衍射束做暗場(chǎng)像，可逐一驗(yàn)證缺陷的伯格斯矢量或慣習(xí)面方向，實(shí)現(xiàn)定量缺陷學(xué)分析。

結(jié)語(yǔ)

明場(chǎng)像與暗場(chǎng)像并非簡(jiǎn)單“亮/暗”互換，而是基于衍射物理的兩種互補(bǔ)成像策略：明場(chǎng)像以透射束為主，適合宏觀形貌、缺陷初篩；暗場(chǎng)像以特定衍射束為主，擅長(zhǎng)弱襯度結(jié)構(gòu)、精細(xì)缺陷及晶體學(xué)參數(shù)的定向提取。