透射电子显微镜（TEM）利用高能电子束穿透薄样品，通过电子与物质的相互作用获取纳米尺度的形貌、结构与成分信息，是纳米材料表征最核心的手段之一。对纳米颗粒催化剂、量子点与二维材料，TEM 明场像能够直接给出颗粒的尺寸、形貌与分散性，是评估合成质量与建立构效关系的首要步骤。
本项目的科学问题是：所制备的金纳米颗粒样品的尺寸分布如何？颗粒形貌是否均匀、是否团聚？平均粒径与分布宽度是多少？结合 TEM 明场成像与图像统计分析方法，可以对纳米颗粒形貌进行定量表征。
明场像中，电子束穿过样品，与样品发生散射。质量厚度大的区域（含重元素、厚度大的颗粒）对电子散射强，透射束减弱，在像面上呈现暗衬度；轻元素与薄区域则较亮。对负载于碳膜上的金纳米颗粒，颗粒呈现为暗点，碳膜为明亮背景，二者衬度分明，便于自动识别与统计。
TEM 形貌表征的核心流程为：图像采集→衬度增强与滤波→颗粒分割（阈值法或分水岭）→颗粒参数提取（面积、等效直径、圆度）→尺寸分布统计。等效圆直径 d = 2√(A/π) 由投影面积 A 反算。颗粒尺寸分布通常用对数正态分布拟合，其概率密度为 p(d) = 1/(dσ√(2π))·exp(−(ln d − μ)²/(2σ²))，平均粒径 d̄ = exp(μ + σ²/2)。
粒径分布直接决定纳米颗粒的比表面积、催化活性与光学性质。分布窄、无团聚的样品具有更好的性能可重复性，因此粒径分布统计是纳米材料质控的基本指标。
图 18 的左面板（a）给出金纳米颗粒的 TEM 明场像。图像中颗粒呈均匀的深色近圆形斑点，分散于明亮的碳膜背景上，颗粒间无明显团聚，形貌接近球形。少数颗粒呈轻微椭圆或出现小尺寸卫星颗粒，属于合成中的正常波动。从图像标尺可知单个颗粒直径约 4–8 nm，颗粒整体尺寸均匀、分散性良好。明场像的衬度清晰、边界分明，为后续自动统计提供了高质量输入。
图 18 的右面板（b）给出颗粒尺寸分布的直方图与对数正态拟合曲线。直方图显示粒径集中于 3–10 nm 范围，峰值约在 5–6 nm；对数正态拟合（红色曲线）与直方图吻合良好，平均粒径 d̄ = exp(μ+σ²/2) ≈ 5.9 nm，分布宽度 σ_ln ≈ 0.35，对应粒径的标准差约 1.9 nm。尺寸分布窄且近似对数正态，说明成核-生长过程受控良好、无明显二次成核或奥斯特瓦尔德熟化导致的双峰分布。5.9 nm 的平均粒径意味着颗粒的比表面积约 48 m²/g、表面原子占比约 20%，具有很高的表面活性，适合作为催化或传感应用的活性单元。
两面板结合，左面板给出了颗粒形貌的直观图像，右面板给出了尺寸分布的定量统计，共同完成 TEM 形貌表征测试，为纳米颗粒样品的质量评价与构效关系研究提供了基础数据。
本项目对金纳米颗粒进行了 TEM 明场形貌表征与尺寸统计，颗粒呈球形、无明显团聚，平均粒径 5.9 nm、对数正态分布。案例图以 TEM 明场像与粒径分布直方图双面板呈现。
后续可拓展：(1) 结合高分辨 TEM 与选区电子衍射，分析颗粒晶格条纹与晶体结构；(2) 使用 EDS 能谱与 EELS 谱进行元素与化学态分析；(3) 对不同批次样品开展统计对比，建立合成工艺-粒径分布的相关性。
