漫谈化工材料研究用的显微镜—SEM、TEM、AFM、STM.doc

漫谈化工材料研究用的显微镜SEM、TEM、AFM、STM陈老师（哲博检测，浙大国家大学科技园，Emal: ）化工材料的检测常常用到各种显微镜，如SEM、TEM、AFM、STM。它们作用相近，却各有特点，灵活运用才能为材料的检测作出最大的贡献。本文以散文形式漫谈了几种显微镜的原理、用途。SEM：利用二次电子成像，表面510 nm的表层形貌像，最高分辨率目前是0.4 nmTEM：利用透射电子成像，样品的结构，形貌，同时可以观察倒易空间衍射花样，对于物质结构的解释有直观的优势。并通过倾转得到的系列衍射花样，推知未知晶体结构。最高分辨率0.5 A。STM：利用隧穿电流的变化，得到样品表面原子级分辨像。光学显微镜、TEM、SEM成像原理比较HRTEM和STM有本质区别的STM是表面局域电子态，和内部结构并无大关系TEM是晶格整体对电子的衍射，实际样品都有一定厚，高阶衍射和多次衍射束都有影响，样品厚度过大的话（几十个nm）就很难得到高分辨像了。另外，样品的晶轴转向也很有讲究，否则得到的高分辨像实际是一定角度的投影，晶格常数就不匹配了。我们这里在F30上一般不做diffractionpattern，因为有损坏CCD的危险。拍出高分辨来做FFT就可以了。比如，TEM观察主要是针对生物材料的内部超微结构；SEM和AFM观察是针对生物材料的表面形貌。但是，SEM的景深比AFM的大，所以图像的立体效果好，但是对于纳米级的结构分辨不好（这个有时也要看仪器性能），而AFM的景深小，图像的立体感和反差不如SEM，但是对于纳米级的结构解析度好。此外，AFM的制样简单，但观察比较费时间。你做的是纳米材料，具体用哪个技术还需要你自己根据研究的内容来决定。我仅是从生物材料的角度来分析这几种技术，回答的并不全面，还望有更多的朋友来帮你。权此在这里抛砖引玉吧。SEM扫描电镜可以观察物体的表面形貌,也可用于做成分的定性和半定量分析TEM透射电镜样品需要做成薄片,可用于观察内部显微结构,也可用于选区电子衍射等,也可用于成分分析,而且TEM的倍数要比SEM大得多，TEM很多用于观察纳米级别的试样STM 扫描隧道显微镜 原子级，高分辨 similar with AFM原子力显微镜（ AFM ）的原理是利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号，维持针尖样品间作用力恒定，同时针尖在样品表面扫描，从而得知样品表面的高低起伏。 AFM 的基本结构与 STM 相似，原子间作用力的检测主要由光杠杆技术来实现。如果探针和样品间有力的作用，悬臂将会弯曲。为检测悬臂的微小弯曲量（位移），采用激光照射悬臂的尖端，四象限探测器就可检测出悬臂的偏转。 通过电子学反馈系统使弯曲量保持一定，即控制扫描管Z 轴使作用于针尖样品间的力保持一定。在扫描的同时，通过记录反馈信号就可以得到样品表面的形貌。原子力显微镜是一种分辨率极高且能三维成像的表面形貌分析仪器1）扫描隧道和原子力电子显微镜，是1986年诺贝尔物理学奖获得者宾尼和罗雷尔相继发明创造的。扫描隧道电子显微镜简称STM。 在性能上，其分辨率通常在0.2nm左右，故可用来确定表面的原子结构。测量表面的不同位置的电子态、表面电位及表面逸出功分布。此外，还可以利用STM对表面的原子进行移出和植入操作，有目的地使其排列组合，这就使研制纳米级量子器件、纳米级新材料成为可能。 2）原子力电子显微镜简称AFM 在真空环境下测量，其横向分辨率可达0.15nm，纵向分辨率达0.05nm，主要用于测量绝缘材料表面形貌。此外，用AFM还可测量表面原子间力、表面的弹性、塑性、硬度、粘着力、摩擦力等性质。2.基本原理及功能： 扫描隧道电子显微镜主要用于导体的研究，而原于力电子显微镜不仅用于导体的研究，也可用于非导体的研究。在制造原理上，两者的基础是相同的。 1)扫描隧道电子显微镜的原理不同于传统意义上的电子显微镜它是利用电子在原子间的量子隧穿效应。将物质表面原子的排列状态转换为图像信息的。在量子隧穿效应中，原于间距离与隧穿电流关系相应。 通过移动着的探针与物质表面的相互作用，表面与针尖间的隧穿电流反馈出表面某个原子间电子的跃迁，由此可以确定出物质表面的单一原子及它们的排列状态。 2） 原子力电子显微镜是在扫描隧道电子显微镜制造技术的基础上发展起来的。它是利用移动探针与原子间产生的