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扫描电镜具体能做什么?

2021.1.16
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天道酬勤

  扫描电镜(SEM)是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观察手段,可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点是:

  ①有较高的放大倍数,20-200000倍之间连续可调;

  ②有很大的景深,视野大,成像富有立体感,可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构;

  ③试样制备简单,目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置,这样可以同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析(即SEM-EDS),因此它是当今十分重要的科学研究仪器之一。

  扫描电镜观察纳米材料

  所谓纳米材料,是指材料的颗粒或微晶尺寸在0.1-100nm范围内,在保持表面清洁的条件下,通过压制形成的固体材料纳米材料具有许多不同于晶态和非晶态的物理和化学性质纳米材料具有广阔的发展前景,将成为未来材料研究的重点扫描电镜的一个重要特点是分辨率高现在它被广泛用于观察纳米材料。

  扫描电镜观察材料断口

  扫描电镜的另一个重要特点是景深大,图像立体扫描电镜的透射电镜是光学显微镜的10倍由于图像景深较大,获得的扫描电子图像具有三维感强、形状三维等特点,比其他显微镜能提供更多的信息,对用户有很大的价值扫描电镜所表明断裂形态从深层和高景深的角度反映了材料断裂的性质,在教学科研和生产中具有不可替代的作用,是材料断裂原因分析、事故原因分析、工艺合理性确定等方面的有力工具。

  扫描电镜观察大试样的原始表面

  扫描电子显微镜可以直接观察直径为100毫米、高度为50毫米或更大尺寸的样品,不受样品形状的限制,也可以观察到粗糙的表面,避免了样品制备的麻烦并能真实观察样品本身不同物质成分的对比度(背反射电子图像)。

  扫描电镜观察厚试样

  扫描电镜可以获得高分辨率和最真实的厚样品形貌扫描电子显微镜的分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间,但在比较厚样品的观察时,由于透射电子显微镜也采用层压法,层压的分辨率通常只有10nm,而且观察的不是样品本身。因此,用扫描电镜观察厚样品,获得样品的真实表面数据更为有利。

  扫描电镜观察试样区域细节

  试样在样品室中可动的范围非常大,而显微镜在其它方面的工作距离通常只有2-3cm,因此实际上,只有试样可以在二维空间中移动,但在扫描电子显微镜中是不同的由于工作距离大(可能大于20 mm)焦深大(比TEM大10倍)样品室的空间也很大因此,试样在三维空间(即三维平移、三维旋转)可以有六个自由度的运动而且具有较大的活动范围,便于观察不规则形状样品的各个区域。

  扫描电镜连续观察

  扫描电镜对于从高功率到低功率的连续观测,放大倍数的变化范围非常大,并且不经常需要焦点扫描电镜放大倍数范围广(连续可调5-20万倍),一次聚焦后可连续观察从高到低、从低到高,无需再聚焦,特别便于事故分析。

  扫描电镜观察生物试样

  因电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。扫描电镜同其他方式的电子显微镜比较,由于用于观察的电子探针电流小,电子探针的束斑尺寸小(通常为5nm到几十纳米),电子探针的能量也小(加速电压可以小到2KV)此外,它不会在固定处照射样品,而是通过光栅扫描照射样品因此,对一些生物样品进行观察是非常重要的,因为样品的损伤和污染程度都很小。

  扫描电镜进行动态观察

  在扫描电子镜中,成像信息主要是电子信息根据现代电子工业的技术水平,即使是高速变化的电子信息,也能不费吹灰之力地及时接收、处理和储存因此,可以进行一些动态过程观测如果样品室配有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀附件,则可通过电视装置观察相变和断裂强度的动态变化过程。

  扫描电镜观察试样表面形貌

  从试样表面形貌获得多方面资料,不仅可以利用入射电子与样品相互作用产生的信息进行成像,还可以通过信号处理方法获得各种图像的特殊显示方法,从样品的表面形貌中获得各种信息由于扫描电子图像不是同时记录的,它是由近百万条记录逐个组成的因此,除了观察其表面形貌外,SEM还可以分析其成分和元素通过电子通道花样进行结晶学分析,选择的面积大小可以在10μm到3μm之间。

  由于扫描电镜具有上述特点和功能,扫描电镜越来越受到研究者的重视,得到了广泛的应用目前,扫描电镜已广泛应用于材料科学(金属材料、非金属材料、纳米材料)、冶金、生物学、医药、半导体材料及器件、地质勘探、病虫害防治、灾害(火灾、失效分析)鉴定、刑事侦察、宝石鉴定等领域工业生产中的产品质量鉴定和生产过程控制等。


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