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電子掃描顯微鏡介紹

2017-10-12

        電子掃描顯微鏡是用聚焦電子束在試樣表面逐點掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒,成像信號可以是二次電子背散射電子或吸收電子。其中二次電子是*主要的成像信號。由電子槍發射的能量為 5 ~ 35keV 的電子,以其交叉斑作為電子源,經二級聚光鏡物鏡的縮小形成具有一定能量、一定束流強度和束斑直徑的微細電子束,在掃描線圈驅動下,于試樣表面按一定時間、空間順 序作柵網式掃描。聚焦電子束與試樣相互作用,產生二次電子發射(以及其它物理信號,二次電子發射量隨試樣表面形貌而變化。二次電子信號被探測器收集轉換成電訊號,經視頻放大后輸入到顯像管柵極,調制與入射電子束同步掃描的顯像管亮度,得到反映試樣表面形貌的二次電子像

具體應用


① 觀察納米材料,所謂納米材料就是指組成材料的顆粒或微晶尺寸在0.1-100nm范圍內,在保持表面潔凈的條件下加壓成型而得到的固體材料。納米材料具有許多與晶體、非晶態不同的、獨特的物理化學性質。納米材料有著廣闊的發展前景,將成為未來材料研究的重點方向。掃描電子顯微鏡的一個重要特點就是具有很高的分辨率。現已廣泛用于觀察納米材料。

②進口材料斷口的分析:掃描電子顯微鏡的另一個重要特點是景深大,圖象富立體感。掃描電子顯微鏡的焦深比透射電子顯微鏡大10倍,比光學顯微鏡大幾百倍。由于圖象景深大,故所得掃描電子象富有立體感,具有三維形態,能夠提供比其他顯微鏡多得多的信息,這個特點對使用者很有價值。掃描電子顯微鏡所顯示餓斷口形貌從深層次,高景深的角度呈現材料斷裂的本質,在教學、科研和生產中,有不可替代的作用,在材料斷裂原因的分析、事故原因的分析已經工藝合理性的判定等方面是一個強有力的手段。

③直接觀察大試樣的原始表面,它能夠直接觀察直徑100mm,高50mm,或更大尺寸的試樣,對試樣的形狀沒有任何限制,粗糙表面也能觀察,這便免除了制備樣品的麻煩,而且能真實觀察試樣本身物質成分不同的襯度(背反射電子象)。

④ 觀察厚試樣,其在觀察厚試樣時,能得到高的分辨率和*真實的形貌。掃描電子顯微的分辨率介于光學顯微鏡和透射電子顯微鏡之間,但在對厚塊試樣的觀察進行比較時,因為在透射電子顯微鏡中還要采用復膜方法,而復膜的分辨率通常只能達到10nm,且觀察的不是試樣本身。因此,用掃描電子顯微鏡觀察厚塊試樣更有利,更能得到真實的試樣表面資料。

⑤ 觀察試樣的各個區域的細節。試樣在樣品室中可動的范圍非常大,其他方式顯微鏡的工作距離通常只有2-3cm,故實際上只許可試樣在兩度空間內運動,但在掃描電子顯微鏡中則不同。由于工作距離大(可大于20mm)。焦深大(比透射電子顯微鏡大10倍)。樣品室的空間也大。因此,可以讓試樣在三度空間內有6個自由度運動(即三度空間平移、三度空間旋轉)。且可動范圍大,這對觀察不規則形狀試樣的各個區域帶來極大的方便。

⑥在大視場、低放大倍數下觀察樣品,用掃描電子顯微鏡觀察試樣的視場大。在掃描電子顯微鏡中,能同時觀察試樣的視場范圍F由下式來確定:F=L/M

式中 F——視場范圍;

M——觀察時的放大倍數;

L——顯像管的熒光屏尺寸。

若掃描電鏡采用30cm(12英寸)的顯像管,放大倍數15倍時,其視場范圍可達20mm,大視場、低倍數觀察樣品的形貌對有些領域是很必要的,如刑事偵察和考古。

⑦ 進行從高倍到低倍的連續觀察,放大倍數的可變范圍很寬,且不用經常對焦。掃描電子顯微鏡的放大倍數范圍很寬(從5到20萬倍連續可調),且一次聚焦好后即可從高倍到低倍、從低倍到高倍連續觀察,不用重新聚焦,這對進行事故分析特別方便。

⑧ 觀察生物試樣。因電子照射而發生試樣的損傷和污染程度很小。同其他方式的電子顯微鏡比較,因為觀察時所用的電子探針電流小(一般約為10-10 -10-12A)電子探針的束斑尺寸小(通常是5nm到幾十納米),電子探針的能量也比較小(加速電壓可以小到2kV)。而且不是固定一點照射試樣,而是以光柵狀掃描方式照射試樣。因此,由于電子照射面發生試樣的損傷和污染程度很小,這一點對觀察一些生物試樣特別重要。

⑨ 進行動態觀察。在掃描電子顯微鏡中,成象的信息主要是電子信息,根據近代的電子工業技術水平,即使高速變化的電子信息,也能毫不困難的及時接收、處理和儲存,故可進行一些動態過程的觀察,如果在樣品室內裝有加熱、冷卻、彎曲、拉伸和離子刻蝕等附件,則可以通過電視裝置,觀察相變、斷烈等動態的變化過程。

⑩ 從試樣表面形貌獲得多方面資料,在掃描電子顯微鏡中,不僅可以利用入射電子和試樣相互作用產生各種信息來成象,而且可以通過信號處理方法,獲得多種圖象的特殊顯示方法,還可以從試樣的表面形貌獲得多方面資料。因為掃描電子象不是同時記錄的,它是分解為近百萬個逐次依此記錄構成的。因而使得掃描電子顯微鏡除了觀察表面形貌外還能進行成分和元素的分析,以及通過電子通道花樣進行結晶學分析,選區尺寸可以從10μm到3μm。



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