随着像差校正器的发展,扫描透射电子显微(STEM)已经达到亚埃级别的分辨率,因而被广泛应用于材料科学和生命科学的研究中。但是,STEM只使用一部分散射电子进行成像,并且为了得到高分辨的有效视场下的图像,STEM需要使用聚焦探针采集上百万个扫描位置处的信息,这就导致此成像技术的电子剂量会很高。有机材料、生物材料、陶瓷、沸石等对电子束较敏感,容易产生辐照损伤。因而,STEM成像技术难以对这些易被电子束打坏的样品进行表征分析。电子叠层成像技术(Ptychography)是一种新型的相干衍射成像技术。目前已经在实验上实现对轻元素进行成像和三维成像。相比于STEM,此技术可以大大降低打在样品上的电子剂量,原因主要有两个:首先,Ptychography可以使用非聚焦探针扫描样品来采集数据,这可以大大降低扫描位置的数量,进而降低打在样品上的电子剂量,其次,Ptychography使用衍射图透射亮斑的全部信息进行重构,对入射电子的利用率较高。在数据采集方面,高速相机的发展使得我们可以在高信噪比下采集较弱的信号。这也使得在低电子剂量下对易被电子束损伤的样品进行重构成为可能。因此本论文将电子Ptychography成像技术与高速相机相结合,选用易被电子束打坏的单层MoS2作为研究材料,通过实验与多层法模拟相结合的方法进行研究。结果表明:(1)离焦下的电子Ptychography更能有效利用电子,电子剂量有效性更高,在低电子剂量下对噪声更鲁棒。(2)电子叠层成像可以有效地外延原始衍射图,使重构出来的衍射信息超过会聚光阑的限制(1α截断点),但是需要电子剂量不能低于2.04× 104e-/A2。(3)在实验上将电子剂量减小至403e-/A2,仍能得到MoS2的晶格条纹。本实验获得了目前用于实验的最低的电子剂量,摸索的实验参数为日后用电子Ptychography重构生物样品提供指导。然后,本论文进一步研究降低电子剂量的方法,首次将电子Ptychography技术与环形光阑相结合,使用环形照明探针扫描样品。由于实验上环形光阑还未制备成熟,使用多层法模拟方法进行研究。结果表明:(1)随着光阑内径增加,点扩散函数的景深不断增加,探针尺寸下降。与STEM-HAADF的点扩散函数相比,电子Ptychography的景深增加的更多。(2)当环形光阑的内径大于1Omrad时,重构相位随着厚度增加会先增加后减少,但不会出现相位翻转。(3)当运用于生物样品如GroEL时,重构相位值会随着光阑内径的增加而增加。这些结果表明将电子Ptychography和环形光阑相结合,可以在降低电子剂量的同时不降低图像质量。这一模拟结果对日后进行实验提供理论依据。本论文在低剂量电子Ptychography的研究对于表征生物样品等易被电子束打坏的样品具有非常重要的意义。随着高速相机和环形光阑的不断发展,我们相信未来在实验上可以进一步降低电子剂量,对各类辐照敏感的样品进行表征。