显微分析技术-电子显微镜

1、在18900倍下对PVC糊树脂近行观测应用实例 在26000倍下观测碳酸钙粉末扫描电镜Scanning Electron Microanalyzer 扫描电镜(SEM)SEM的基本原理焦深大，图像富有立体感，特别适合于表面形焦深大，图像富有立体感，特别适合于表面形貌的研究貌的研究放大倍数范围广，从十几倍到放大倍数范围广，从十几倍到2万倍，几乎覆盖万倍，几乎覆盖了光学显微镜和了光学显微镜和TEM的范围的范围制样简单，样品的电子损伤小制样简单，样品的电子损伤小 这些方面优于这些方面优于TEM，所以，所以SEM成为高分子材料成为高分子材料 常用的重要剖析手段常用的重要剖析手段扫描电镜的最大特点SEM

2、与TEM的主要区别在原理上，在原理上，SEM不是用透射电子成像，而是不是用透射电子成像，而是用二次电子加背景散射电子成像。用二次电子加背景散射电子成像。在仪器构造上，除了光源、真空系统相似外，在仪器构造上，除了光源、真空系统相似外，检测系统完全不同。检测系统完全不同。 SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，的分辨率主要受到电子束直径的限制，这里电子束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照这里电子束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺寸。射点的尺寸。 对同样品距的二个颗粒，电子束直径越小，对同样品距的二个颗粒，电子束直径越小，越随得到好的分辨效果。但电子束直径越小，信越随得到好的分辨效果。但电子

3、束直径越小，信噪比越小噪比越小 。扫描电镜(SEM)SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，这的分辨率主要受到电子束直径的限制，这里电子束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射里电子束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺寸。对同样品距的二个颗粒，电子束直径点的尺寸。对同样品距的二个颗粒，电子束直径越小，越随得到好的分辨效果，电子束直径越小，越小，越随得到好的分辨效果，电子束直径越小，信噪比越小信噪比越小 。SEM的放大倍数与屏幕分辨率有关，的放大倍数与屏幕分辨率有关，SEM的最大放大倍数为的最大放大倍数为2万左右。万左右。扫描电镜(SEM)放大倍数放大倍数分辨率分辨率屏幕的分辨率放大倍数电子束

4、直径SEM的焦深是较好光学显微镑的的焦深是较好光学显微镑的300600倍。倍。焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚焦焦 。焦深焦深衬度衬度表面形貌衬度表面形貌衬度原子序数衬度原子序数衬度dFa 2F焦深；焦深； d 电子束直径；电子束直径；2a物镜的孔径角物镜的孔径角原子序数衬度指扫描电子束入射试祥时产生的背景电子、吸收电子、X射线，对微区内原子序数的差异相当敏感，而二次电子不敏感。高分子中各组分之间的平均原子序数差别不大；所以只有些特殊的高分子多相体系才能利用这种衬度成像。衬衬 度度表面形貌衬度主要是样品表面的凹凸(称为表面地理)决定的。一般情

5、况下，入射电子能从试详表面下约5nm厚的薄层激发出二次电子，加速电压大时会激发出更深层内的二次电子，从而面下薄层内的结构可能会反映出来，并更加在表面形貌信息上。表面形貌衬度表面形貌衬度原子序数衬度原子序数衬度扫描电子显微镜常见的制样方法有:扫描电子显微镜的样品制备金属涂层法金属涂层法离子刻蚀离子刻蚀金属涂层法金属涂层法金属涂层法金属涂层法 应用对象是导电性较差的样品，如高聚物材料，在进行扫描电子显微镜观察之前必须使样品表面蒸发一层导电体，目的在于消除荷电现象利提高样品表面二次电子的激发量，并减小样品的辐照损伤，金属涂层法包括真空蒸发镀膜法和离子溅射浊。 应用对象是包含合晶相和非晶相两个组成部分

6、的样品。它是利用离子轰击样品表而时，中于两相被离子作用的程度不同，而暴露出晶区的细微结构。离子刻蚀离子刻蚀化学刻蚀法化学刻蚀法 应用对象同于离子刻蚀法，包括溶剂和酸刻蚀两种方法。 酸刻蚀是利用某些氧化性较强的溶液，如发烟硝酸、高锰酸钾等处理样品表面，使其个一相氧化断链而溶解，而暴露出晶相的结构。 溶剂刻蚀是用某些溶剂选择溶解高聚物材料中的一个相，而暴露出另一相的结构。用扫描电镜观察拉伸情况喷金的样品扫描电子显微镜的工作内容扫描电子显微镜的工作内容微区形貌观测微区形貌观测二次电子像 可得到物质表面形貌反差的信息，即微观形貌像。 背反射电子像 可得到不同区域内平均原子序数差别的信息，即组成分布像。

7、 X射线元素分布像 可得到样品表面元素及其X射线强度变化的分布图像。微区定性和定量分析微区定性和定量分析 与常规的定性、定量分析方法不同的是，扫描电子显微镜系统是在微观形貌观测的基础上，针对感兴趣区域进行特定的定性或定量分析。扫描电子显微镜的应用实例扫描电子显微镜的应用实例 图中表明催化组分由表及里沿径向呈下降趋势。一种(上图)抗氧化能力较差(国内)；另一种(下图)抗氧化能力较强(国外)两者的微双形态呈明显的不同 氯化亚铜微观形态的观测催化剂线扫描图一种PVC粉料的形貌观测ABS脆件断裂后微观形态的观测扫描电子显微镜的应用实例 扫描隧道和原子力电子显微镜扫描隧道和原子力电子显微镜，是扫描隧道和

8、原子力电子显微镜，是1986年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖获得者宾尼和罗雷尔相继发明创造的。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 扫描隧道和原子力电子显微镜扫描隧道电子显微镜主要用于导体的研究，而原于力电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。子显微镜不仅用于导体的研

9、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。在制造原理上，两者的基础是相同的。 两者在应用上的主要区别：原子力电子显微镜简称原子力电子显微镜简称AFM在真空环境下测量，其横向分辨率可达在真空环境下测量，其横向分辨率可达0.15nm，纵向分辨率达纵向分辨率达0.05nm，主要用于测量绝缘材料表，主要用于测量绝缘材料表面形貌。此外，用面形貌。此外，用AFM还可测量表面原子间力、还可测量表面原子间力、表面的弹性、塑性、硬度、粘着力、摩擦力等性表面的弹性、塑性、硬度、粘着力、摩擦力等性质。质。扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 (STM)(STM)德国德国OmicronOmicron公司超高

10、真空扫公司超高真空扫描隧道显微镜描隧道显微镜扫描隧道显微镜法工作原理示意图:基本原理及功能 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。 基本原理及功能 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相互作用力，将其在三维空间的分布状态转换成图像信息，从而得到物质表面原

11、子及它们的排列状态 。 通常，把以扫描隧道和原子力电子显微镜为基础，兼带上述其他功能显微镜的仪器统称为原子力电子显微镜。扫描隧道和原子力电子显微镜一般扫描电子显微镜放大倍数为几十万倍透射电子显微镜的放大倍数可达百万倍以上扫描隧道电子显微镜的放大倍数通常可达几千万倍用用STM测量高定向热解石墨测量高定向热解石墨 应用举例 其它显微镜其它显微镜LFMLFM激光力显微镜激光力显微镜MFMMFM磁力显微镜磁力显微镜BEEMBEEM弹道电子发弹道电子发射显微镜射显微镜可用于观察样品表面的起伏状态。由于其探针可用于观察样品表面的起伏状态。由于其探针离表面较远，而且观察表面起伏的最小尺寸度离表面较远，而且观

12、察表面起伏的最小尺寸度约约5nm，因此也可用来测量表面窄缝的内部特，因此也可用来测量表面窄缝的内部特征。征。 分辨率优于分辨率优于25nm，主要用于观察磁场边界、，主要用于观察磁场边界、磁场强度等，如可用于观察磁盘存贮的数据等磁场强度等，如可用于观察磁盘存贮的数据等 是由是由STM派生出来，用于研究薄居下界面性派生出来，用于研究薄居下界面性质并具有纳米空间分辨率的一种显微镜。通过质并具有纳米空间分辨率的一种显微镜。通过BEEM图可以观察到界面结构以及由于界面图可以观察到界面结构以及由于界面结构的缺陷和界面双方元素的互扩散或化学作结构的缺陷和界面双方元素的互扩散或化学作用形成的电子态不均匀性状态。用形成的电子态不均匀性状态。 各种电镜的比较各种