电子显微镜（Electron Microscope, EM）是一种利用电子束而非光束来观察物质微观结构的仪器。其工作原理主要基于量子力学，具体过程如下：
电子源：
电子显微镜使用电子源产生电子束，最常用的电子源是热阴极发射电子枪，通过加热产生电子。
加速：
电子源中的电子被加速至非常高的速度，通常通过一系列电场和磁场装置，包括电子透镜和加速电压源。
透镜系统：
电子显微镜采用电子透镜系统来聚焦和调控电子束。电子透镜通过控制电磁场来调整电子的波前，使其聚焦成一个小点，从而实现高分辨率成像。
样品：
待观察的样品被放置在电子显微镜的样品台上，并进行前处理，如切片、薄层制备或金属蒸镀等，以适应电子束的观察要求。
交互作用：
细而聚焦的电子束通过样品，与样品中的原子和分子发生相互作用，产生散射电子、透射电子和反射电子等。
检测与成像：
这些电子通过检测器进行捕捉和记录，形成样品的图像。最常用的检测器是荧光屏或像面探测器。
放大与图像处理：
电子显微镜通过调整电子透镜的电场和样品到检测器的距离来控制放大倍数。还可以使用电子衍射、能谱分析等技术来获取更多关于样品的信息。
电子显微镜的分辨能力远高于光学显微镜，能够观察到纳米甚至原子级别的结构。其分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示，目前电子显微镜的最大放大倍率已超过300万倍，而光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍。
电子显微镜类型
根据成像方式的不同，电子显微镜主要有以下几种类型：
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）：
使用平行入射电子束照射样品，通过物镜聚焦成像，主要用于观察样品的内部结构。
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）：
使用汇聚电子束逐点扫描样品表面，产生表面形貌图像，主要用于观察样品的表面形态和组成。
扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope, STEM）：
结合透射电子显微镜和扫描电子显微镜的特点，使用汇聚电子束照射样品，同时获取样品的透射电子和二次电子图像，具有更高的空间分辨率。
通过这些不同类型的电子显微镜，科学家能够深入研究材料的微观结构，推动材料科学、生物学、物理学等领域的发展。