干货 | 扫描电子显微镜（SEM）之基本知识篇

　　扫描电子显微镜(SEM)

　　扫描电子显微镜，简称为扫描电镜，英文缩写SEM(Scanning Electron Microscope)。它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。SEM已广泛应用于材料、冶金、矿物、生物学领域。

　　通常人眼能够分辨的最小距离为0.2MM，为了观察分析更微小的细节，人们发明了各种观察仪器。

　　首先出现的是光学显微镜，它利用可见光作为照明束照射样品，再将照明束与样品的作用结果由成像放大系统处理，构成适合人眼观察的放大像。一般而言光学显微镜能分辨的最小距离约为200um，是人眼的一千倍。

　　为突破光学显微镜的分辨极限，人们想到用电子束做照明束，并与上个世纪三十年代制造出了第一台扫描电子显微镜。它的分辨率已经达到了原子水平（≈0.1um），比光学显微镜提高了近两千倍。

　　扫描电子显微镜工作原理--光栅扫描，逐点成像

　　·电子枪发射电子束，电压加速、磁透镜系统汇聚，形成直径约5nm的电子束。

　　·电子束在偏转线圈的作用下，在样品上做光栅状扫描，激发多种电子信号。

　　·探测器收集电子信号，经过电信号放大器加以放大处理，在显示系统上成像。

　　·二次电子的图像信号动态地形成三维图像。

　　扫描电子显微镜组成部分

　　电子光学系统

　　组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部件。

　　作用：获得扫描电子束、作为产生物理信号的激发源。

　　信号收集和显示系统

　　信号收集：二次电子和背散射电子收集器、吸收电子显示器、X射线检测器(波谱仪和能谱仪)

　　显示系统：显示屏有两个，一个用于观察，一个用于记录照相。

　　真空系统

　　组成：机械泵、扩散泵

　　作用：保证电子光学系统正常工作，提供高真空度，防止样品污染，保持灯丝寿命，防止极间放电。

　　电源系统

　　包括启动的各种电源，检测-放大系统电源，光电倍增管电源，真空系统和成像系统电源灯。还有稳压、稳流及相应的安全保护电路。

　　扫描电子显微镜的应用

　　扫描电镜观察纳米材料

　　所谓纳米材料就是指组成材料的颗粒或微晶尺寸在0.1-100nm范围内，扫描电镜的一个重要特点就是具有很高的分辨率。现已广泛用于观察纳米材料。

　　扫描电镜观察材料断口

　　扫描电镜所显示的断口形貌从深层次，高景深的角度呈现材料断裂的本质，在教学、科研和生产中，有不可替代的作用，在材料断裂原因的分析、事故原因的分析已经工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段。

　　扫描电镜观察大试样的原始表面

　　扫描电镜能够直接观察直径100mm，高50mm，或更大尺寸的试样，对试样的形状没有任何限制，粗糙表面也能观察，这便免除了制备样品的麻烦，而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度(背反射电子象)。

　　扫描电镜观察厚试样

　　扫描电镜在观察厚试样时，能得到高的分辨率和最真实的形貌。

　　扫描电镜观察试样区域细节

　　试样在三度空间内有6个自由度运动(即三度空间平移、三度空间旋转)。且可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域带来极大的方便。

　　扫描电镜连续观察

　　扫描电镜进行从高倍到低倍的连续观察，放大倍数的可变范围很宽，且不用经常对焦。

　　扫描电镜观察生物试样

　　由于电子照射面发生试样的损伤和污染程度很小，这一点对观察一些生物试样特别重要。

　　扫描电镜进行动态观察

　　在样品室内装有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀等附件，则可以通过电视装置，观察相变、断烈等动态的变化过程。

　　扫描电镜观察试样表面形貌

　　扫描电镜除了观察表面形貌外还能进行成分和元素的分析，以及通过电子通道花样进行结晶学分析，选区尺寸可以从10μm到3μm。

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