在现代材料科学以及生命科学领域中,透射电子显微术是一种常见的表征技术,能够提供超高空间分辨的二维或三维表征。除了传统的TEM模式和STEM模式外,近年来出现了一种新的成像方法,称作4D-STEM,能够同时获得多种成像结果,包括电子叠层成像和差分相位衬度等。其中,电子叠层成像通过对样品和入射束进行重建来成像,具有高分辨、低电子剂量、高衬度等优势。本文中,围绕电子叠层成像及其的三维重构成像技术进行了研究,主要工作如下:(1)我们对比研究了电子叠层成像和差分相位衬度在不同扫描步长下、不同探测器中空角度下对单层二硫化钼晶体样品的成像效果,结果表明,在较小的扫描步长(0.2?)下,电子叠层成像的相位重构结果和积分差分相位衬度都能具有接近的成像分辨率。而在较大的扫描步长(0.6?)下,电子叠层成像的分辨率优于积分差分相位衬度。同时,实验也证明了,使用电子叠层成像衍生的中空叠层成像算法,可以在几乎不牺牲分辨率的前提下,使用带有中空角度的探测器采集的、不完整的衍射数据进行图像重构。(2)对冷冻电镜下DNA折纸框架-金纳米颗粒自组装复合体的冷冻断层扫描数据进行了三维重构,给出了上述样品中金颗粒在三维空间中的位置分布,并且对从三维重构中提取的位置坐标进行分析,发现了其实际三维位置分布和预计位置的偏移。这对于理解和指导DNA折纸技术的进一步合成与组装有着重要意义。但是,在使用冷冻TEM模式进行数据采集时,仍存在有机样品衬度较弱这一普遍问题存在。基于上述实验,暴露了目前对于以DNA折纸为代表的弱散射样品,在不使用重金属染色的情况下,使用常规的成像方法难以对其进行高质量的三维重构的问题。(3)针对上述问题,我们提出并发展了叠层成像断层扫描技术,该技术为弱散射样品的三维结构分析提供了全新的成像方法。对于在非冷冻电镜条件下的,未进行染色的DNA折纸-金纳米颗粒复合体,在300 k V加速电压下,使用电子叠层成像重构的二维投影像分辨率达到2.0 nm。并且在此基础上获得了相应样品的三维重构,可以清晰的在背底上同时分辨出DNA折纸和金纳米颗粒。叠层成像断层扫描技术发挥了电子叠层成像的高分辨、高衬度等优势,对于弱散射样品的三维结构表征具有十分重要的意义。也能够推广到冷冻电镜领域,或对其他弱散射样品以及生物样品进行成像。