掃描電子顯微鏡,掃描電鏡,SEM,檢測(cè)服務(wù)中心
作者：Lance 時(shí)間：2022-11-09 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)
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掃描電子顯微鏡(SEM)是1965年發(fā)明的細(xì)胞生物學(xué)研究工具，主要是利用二次電子信號(hào)成像來(lái)觀察樣品的表面形態(tài)，即用*狹窄的電子束去掃描樣品，通過(guò)電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)，其中主要是樣品的二次電子發(fā)射。二次電子能夠產(chǎn)生樣品表面放大的形貌像，這個(gè)像是在樣品被掃描時(shí)按時(shí)序建立起來(lái)的，即使用逐點(diǎn)成像的方法獲得放大像。點(diǎn)擊下圖，可進(jìn)入掃描電鏡測(cè)試預(yù)約專(zhuān)區(qū)
一.原理：
如果入射電子撞擊樣品表面原子的外層電子，把它激發(fā)出來(lái)，就形成低能量的二次電子，在電廠的作用下它可呈曲線運(yùn)動(dòng)，翻越障礙進(jìn)入檢測(cè)器，使表面凹凸的各個(gè)部分都能清晰成像。二次電子的強(qiáng)度主要與樣品表面形貌有關(guān)。二次電子和背景散射電子共同用于掃描電鏡的成像。當(dāng)探針很細(xì)，分辨率高時(shí)，基本收集的是二次電子二背景電子很少，稱(chēng)為二次電子成像(SEI)。
二.結(jié)構(gòu)：由3個(gè)部分組成：真空系統(tǒng)，電子束系統(tǒng)，成像系統(tǒng)。
a真空系統(tǒng)
真空系統(tǒng)主要包括真空泵和真空柱兩部分。
真空柱是一個(gè)密封的柱形容器。
真空泵用來(lái)在真空柱內(nèi)產(chǎn)生真空。
電子束系統(tǒng)中的燈絲在普通大氣中會(huì)迅速氧化而失效，所以在使用SEM時(shí)需要用真空，或以純氮?dú)饣蚨栊詺怏w充滿整個(gè)真空柱。為了增大電子的平均自由程，從而使得用于成像的電子更多。
b電子束系統(tǒng)
電子束系統(tǒng)由電子槍和電磁透鏡兩部分組成，主要用于產(chǎn)生一束能量分布*窄的，電子能量確定的電子束用以掃描成像。
c成像系統(tǒng)
成像系統(tǒng)和電子束系統(tǒng)均內(nèi)置在真空柱種。真空柱底端用于放置樣品。
三.參數(shù)：
a分辨率
SEM的分辨率主要受到電子束直徑的限制，這里電子束直徑指的是聚焦后掃描在樣品上的照射點(diǎn)的尺寸。對(duì)同樣品距的二個(gè)顆粒，電子束直徑越小，越得到好的分辨效果，電子束直徑越小，信噪比越小。
b放大倍數(shù)
在顯像管中電子束在熒光屏上*大掃描距離和在鏡筒中電子束針在試樣上*大掃描距離的比值
c焦深
SEM的焦深是較好光學(xué)顯微鏡的300-600倍。焦深大意味著能使不平整性大的表面上下都能聚焦。
d工作距離
從物鏡到樣品*高點(diǎn)的垂直距離。
如果增加工作距離，可以在其他條件不變的情況下獲得更大的場(chǎng)深。
如果減少工作距離，則可以在其他條件不變的情況下獲得更高的分辨率。
通常使用的工作距離在5mm-10mm之間。
e作用體積
電子束不僅僅與樣品表面原子發(fā)生作用，它實(shí)際上與一定厚度范圍內(nèi)的樣品原子發(fā)生作用，所以存在一個(gè)作用“體積”。作用體積的厚度因信號(hào)的不同而不同。
四.樣品制備：
a金屬涂層法
應(yīng)用對(duì)象是導(dǎo)電性較差的樣品，如高聚物材料，在進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察之前必使樣品表面蒸發(fā)一層導(dǎo)電體，目的在于消除荷電現(xiàn)象，提高樣品表面二次電子的激發(fā)量，并減小樣品的輻射損傷。
b離子刻蝕法
應(yīng)用對(duì)象是包含結(jié)晶相和非晶相兩個(gè)組成部分的樣品。它是利用離子轟擊樣品表面時(shí)，由于兩相被離子作用的程度不同，而暴露出晶區(qū)的細(xì)微結(jié)構(gòu)。
c化學(xué)刻蝕法
應(yīng)用對(duì)象同于離子刻蝕法，包括溶劑和酸刻蝕兩種方法。
酸刻蝕是利用某些氧化性較強(qiáng)的溶液，如發(fā)煙硝酸，高錳酸鉀等處理樣品表面，使其中一個(gè)相氧化斷鏈而溶解，而暴露出晶相的結(jié)構(gòu)。
溶劑刻蝕是用某些溶劑選擇溶解高聚物材料的一個(gè)相，而暴露出另一相的結(jié)構(gòu)。
五.SEM的優(yōu)點(diǎn)：
焦深大，圖像富有立體感，特別適合于表面形貌的研究;
放大倍數(shù)范圍廣，從20倍到20萬(wàn)倍，幾乎覆蓋了光學(xué)顯微鏡和TEM的范圍;
分辨率高，表面掃描二次電子成像的分辨率已經(jīng)達(dá)到100埃;
制樣簡(jiǎn)單，樣品的電子損傷小。
可同時(shí)進(jìn)行顯微形貌觀察和微區(qū)成分分析。
所以SEM 在高分子材料學(xué)，生物學(xué)，醫(yī)學(xué)，冶金學(xué)等等學(xué)科領(lǐng)域中發(fā)揮了重要的作用。
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