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扫描电子显微系统 scanningelectronmicroscope SEM 3 01定义与相关概念 4 01定义与相关概念 光学系统的最小分辨角 瑞利判据 其中 为波长 D为光瞳直径 如果简单的提高放大倍率 而不分辨细节 这样的显微镜没有意义 D不能做的很大 所以要提高分辨率 就要设法寻找波长更短的波 德布罗意 波粒二象性 电子也可以看成是一种波 5 01定义与相关概念 试样 入射光线 透射光线 反射光线 反射光线 吸收光线 可见光与物体作用 电子束与物体作用 怎样利用电子与物质的相互作用来进行成像 02扫描电镜结构与原理 扫描电镜工作原理图 电子光学系统 样品室 电子学系统 电子枪电磁透镜扫描线圈 真空系统 显示系统 电源系统信号电子成像系统 简化扫描电镜工作原理图 02扫描电镜结构与原理 电子枪的热阴极发射的电子受到阳极电压加速并形成笔尖状电子束 其中最小直径10 50um 经过2 3个电磁透镜的汇聚作用 在样品表面汇聚成直径可以小到1 10nm的细束流 电子枪发射电子动态示意图 02扫描电镜结构与原理 在末透镜上部的扫描线圈的作用下 电子束对试样表面进行扫描 扫描电镜中采用的是逐点成像的图像分解法 电子束在样品上作光栅扫描的同时 显像管中的电子束作同步扫描 扫描区域越小 荧光屏上图像放大倍率越大 电子束汇聚系统剖面图 02扫描电镜结构与原理 二次电子探测图 二次电子探头 扫描电镜可以接收从样品上发出来的多种信号电子来成像 不同的信号灯电子要用不同的探测器 在高真空工作状态下 以二次电子信号的图像质量最好 02扫描电镜结构与原理 扫描电镜样品室示意图 02扫描电镜结构与原理 扫描电镜的真空系统 02扫描电镜结构与原理 扫描电镜的电源系统 02扫描电镜结构与原理 对样品的要求 1 不会被电子束分解2 在电子束扫描下热稳定性要好3 能提供导电和导热通道4 大小与厚度要适于样品台的安装5 观察面应该清洁 无污染物6 进行微区成分分析的表面应平整7 磁性试样要预先去磁 以免观察时电子束受到磁场的影响 02扫描电镜结构与原理 问题 扫描电镜能拍摄出彩色图像吗 不能 03扫描电镜的应用与发展 扫描电镜是一种多功能的仪器 具有很多优越的性能 是用途最为广泛的一种仪器 它可以进行如下基本分析 1 观察纳米材料 其具有很高的分辨率 可以观察组成材料的颗粒或微晶尺寸在0 1 100nm范围内 在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料 2 材料断口的分析 其景深大 图象富立体感 具有三维形态 能够从断口形貌呈现材料断裂的本质 在材料断裂原因的分析 事故原因的分析以及工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段 3 直接观察大试样的原始表面 它能够直接观察直径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 背散射电子象 4 观察厚试样 其在观察厚试样时 能得到高的分辨率和最真实的形貌 5 观察试样的各个区域的细节 试样在样品室中可动的范围非常大 可以在三度空间内有6个自由度运动 即三度空间平移 三度空间旋转 这对观察不规则形状试样的各个区域带来极大的方便 03扫描电镜的应用与发展 6 在大视场 低放大倍数下观察样品 用扫描电镜观察试样的视场大 大视场 低倍数观察样品的形貌对有些领域是很必要的 如刑事侦察和考古 7 进行从高倍到低倍的连续观察 扫描电镜的放大倍数范围很宽 从5到20万倍连续可调 且一次聚焦好后即可从高倍到低倍 从低倍到高倍连续观察 不用重新聚焦 这对进行分析特别方便 8 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 9 进行动态观察 如果在样品室内装有加热 冷却 弯曲 拉伸和离子刻蚀等附件 则可以观察相变 断烈等动态的变化过程 10 从试样表面形貌获得多方面资料 因为扫描电子象不是同时记录的 它是分解为近百万个逐次依此记录构成的 使得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10 m到3 m 03扫描电镜的应用与发展 主要设备厂家 德国蔡司日本电子日立FEI 03扫描电镜的应用与发展 扫描电镜显微照片展示 1 红血球 2 头发分叉 3 普尔基涅神经元 4 从视神经中伸出的血管 04参考资料 1 郭素枝 扫描电镜技术及其应用 M 厦门大学出版社 2006 2 轩植华 扫描电镜 SEM 中国科学技术大学物理教学实验中心 3 张哲旭 测试专题一 SEM 扫描电子显微