工作原理
在 STEM 中，电子束被聚焦成一个非常小的探针，扫描过样品。探测器位于透镜系统的下方，接收穿过样品的电子。环形暗场探测器是一种特殊设计的探测器，它有一个中央孔，用于阻挡未散射或小角度散射的电子。环形探测器收集那些由于与样品相互作用而发生大角度散射的电子。这些散射电子的强度与样品中原子的原子序数大致成正比，因此，ADF 成像能够提供关于材料成分的定量信息。由于这种依赖性，ADF 成像也被称为 Z 对比成像，能够更清晰地显示重原子。
图像解读
在 ADF 图像中，高原子序数的区域通常表现为亮区，而低原子序数的区域则呈现为暗区。这种对比度使得科学家能够直接观察材料的原子结构，例如，晶体结构中的缺陷、位错，以及不同元素的分布情况。ADF 成像特别适用于研究纳米材料，如纳米管、纳米线和量子点等。通过观察 ADF 图像，可以了解这些材料的形态、结构和组成，从而深入理解它们的性能。例如，ADF 成像可以用于直接观察单个原子的排列，从而实现对材料原子级别的研究。
应用领域
ADF 成像技术在多个领域都有广泛的应用。在材料科学中，它用于研究金属、陶瓷、半导体等材料的微观结构，分析材料的缺陷、相分布和化学成分。在纳米技术中，ADF 成像用于表征纳米材料的结构，研究纳米材料的生长机制和性能。在生物学中，ADF 成像可以用于观察生物大分子的结构，如蛋白质、DNA 等。此外，ADF 成像也被应用于地质学和环境科学领域，用于研究矿物和污染物的微观结构。
优势与局限性
ADF 成像的主要优势在于其高分辨率和高对比度。它能够提供与原子序数相关的图像，方便研究人员分析材料的成分和结构。然而，ADF 成像也存在一些局限性。例如，ADF 成像对样品的制备要求较高，样品需要非常薄以允许电子穿透。另外，电子束与样品的相互作用可能导致样品损伤，特别是对于生物样品。此外，ADF 成像的定量分析也需要仔细的校准和数据处理。
结论
环形暗场成像 (ADF) 是一种强大的 STEM 技术，用于表征材料的微观结构。它提供了关于原子序数的信息，使得研究人员能够直接观察材料的原子结构、分析成分和研究材料的性能。ADF 成像在材料科学、纳米技术、生物学等领域都有广泛的应用，为科学家提供了重要的研究工具。虽然存在一定的局限性，但 ADF 成像仍然是研究微观世界的重要手段。