1．透射电镜的工作原理
显微镜可以直接观察到物质的微观结构，是研究高分子聚集态结构的重要工具。光学显微镜的极限放大倍数为1 000倍左右，最大分辨率为200 nm，可用来观察尺寸较大的结构，如球晶等。更精细的结构必须借助于电子显微镜来测定，一般透射电子显微镜的分辨率为1 nm左右，可以用于研究高分子的两相结构、结晶聚合物的结晶结构以及非晶态聚合物的聚集形态等。
图31－1 透射电子显微镜的构造和成像原理图
透射电镜的结构与光学显微镜相似，也是由光源、物镜和投影镜、记录系统三部分组成的，只是其电镜光源是用电子枪产生的电子束。电子束经聚光镜集束后，照射在样品上，透过样品的电子经物镜、中间镜和投影镜，最后在荧光观察屏上成像，如图 31－1。电子显微镜中所用的透镜都是电磁透镜，是通过电磁作用使电子束聚焦的，因此只要改变透镜线圈的电流，就可以使电镜的放大倍数连续变化。透射电镜的分辨率与电子枪阳极的加速电压有关，加速电压越高，电子波的波长就越强、分辨率就越高。例如，普通50 kV电镜的分辨率为1 nm左右。除了主体电子光学系统（镜体）外，还有一些辅助系统，如真空系统（机械泵、油扩散泵）和电子学系统（即电路系统）。
2．像反差的形成原理
当透射电镜的照明源中插入了样品之后，原来均匀的电子束变得不均匀。样品膜中质量厚度大的区域因散射电子多而出现透射电子数的不足，此区域经放大后成为暗区；而样品膜中质量厚度小的区域因透过电子较多，散射电子较少而成为亮区。通过样品后的这种不均匀的电子束被荧光屏截获后，即成为反映样品信息的透射电镜黑白图像。对于那些质量厚度差别不大的样品，常常需要用电子染色的方法来加强样品本身或样品四周（背景）或样品某些部分的电子密度，从而使不同区域散射电子的数量差别增大，进而改善图像的明暗差别，即增强反差。
3．样品制备
透射电镜用的样品制备比较复杂，对聚合物研究来说有两种类型：如果观察多相结构，采用超薄切片；如果观察单晶、球晶或表面形貌，常常需将样品做复型处理。制备超薄切片需应用专门的超薄切片机，厚度不超过100 nm，通常为20～50 nm。试样过厚，因电子透射能力弱或多层次上的图像交叠而不能观察。在观察超薄切片的两相结构时，只有当处于不同相内的聚合物对于电子的散射能力存在明显差异时，才能形成图像。但通常这种差异不大，需要对试样进行选择染色。聚双烯烃可用OsO 4 溶液染色，双键与OsO 4 的结合使聚双烯烃获得很高的散射能力。对于不含双键的聚合物，染色比较困难。另一方面，高能量电子束轰击样品表面时，被辐射部分的温度会急剧升高，甚至会造成聚合物结构发生变化。这一问题可通过冷却样品台、缩短观察时间、提高加速电压加以改善，但多数情况下，需要对聚合物试样进行复型。对复型膜进行观察时，常用重金属Cd或Pt投影喷镀复型膜来增加反差。