第二章 扫描电子显微镜-2016-2017

扫描电子显微镜扫描电子显微镜是一种强大的工具，它可以帮助科学家观察到物质的更小的细节和结构。

本文将介绍扫描电子显微镜的原理、应用、发展历程以及未来发展趋势。

原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）是一种利用扫描电子束与物体相互作用而获得形貌和微区组织信息的显微分析仪器。

扫描电子显微镜的工作原理是，将高能电子轰击样品表面，使其表面电子被激发，发射出大量的二次电子。

这些二次电子被探测器接收并转换成负电荷信号，在特定条件下被扫描成像。

应用扫描电子显微镜广泛应用于多个领域，包括材料科学、生命科学、化学和地质学等。

以下是该技术在这些领域中的应用：•材料科学：用于获取材料的形貌、结构以及表面性质等信息。

•生命科学：用于观察细胞、细胞器、细胞表面的超微结构和蛋白质等生物分子的形态和结构。

•化学：用于观察化学反应过程表面形貌、结构的变化以及材料结构的演化过程等。

•地质学：用于研究各种矿物、岩石和地层等，以了解地质演化过程。

发展历程1950年，发明了透射式电子显微镜，但它只能用于真空环境下的样品。

1956年，Helmut Ruska和Max Knoll发明了扫描电子显微镜。

该技术能够在空气中观察样品，并获得更高的象素分辨率。

1965年， Hitachi公司普及了第一台商用扫描电子显微镜S-800。

自此以后，扫描电子显微镜技术得到了快速的发展。

未来发展趋势随着技术的发展，扫描电子显微镜的应用场景不断扩大。

今后，该技术将越来越多地应用于纳米材料和微细加工领域。

同时，随着计算机技术的发展，扫描电子显微镜将会实现更高的自动化和智能化，成为更加强大的工具。

结论扫描电子显微镜是一款横跨多个领域应用的重要科学工具，其在材料科学、生命科学、化学和地质学等领域均有广泛的应用。

虽然该技术已经发展多年，但随着技术和计算机技术的不断进步，扫描电子显微镜将会越来越强大，为人们探索科学世界提供更加强大的支持。

扫描电子显微镜
电子显微镜（electron microscope）是一种先进的显微透视仪器，它可以拍
摄出由原子尺度的材料和机制形成的细微结构及其交互作用。

它采用一种独特的电子束来捕捉样品细微结构的图像，拥有微观和宏观尺度双向放大和查看样品细微结构的能力，使得专家可以更清楚地解释其形成机制和性质特征。

电子显微镜首次发明于1931年，由日本物理学家三岛征克爵士及其团队发明，其中的核心原理是利用电子的波——称为波的功，将电子准备。

他发明的这种器件就叫做电子显微镜，它可以放大千万倍，可以用来研究小又小的物质结构，是现代科学发展的重要组成部分。

电子显微镜通常分为扫描电子显微镜和透射电子显微镜两种，根据不同类型的
电子束，可以分为模块变型电子显微镜，抽运电子显微镜。

而扫描电子显微镜是最常见，也是最有效的一种，它采用的转换原理是由计算机通过控制调节装置，调节平行的电子束的振幅和频率，来对样品放大和查看细微结构，具有速度高，成像精度高等特点，为原子尺度的研究提供了重要机会。

电子显微镜不仅可以用来查看样品的细微结构，还可以用来进行物理、化学分析，从而可以更加细致地研究材料结构变化和成分变化，神经影像学研究等，可以说这一仪器展现了科技发展的迅猛脚步和迈出的重要一步，完全改变了我们对细微结构的观测和分析。

更重要的是，它为科学家更清楚地了解样品的特性，带来了无穷的发展潜力。

扫描电子显微镜（SEM）是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。

二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。

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性貌观手段，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，20-20万倍之间连续可调；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（EDS）装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它是当今十分有用的科学研究仪器。

一、基本原理扫描电子显微镜的制造依据是电子与物质的相互作用。

扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。

通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。

当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。

同时可产生电子-空穴对、晶格振动（声子)、电子振荡（等离子体）。

扫描式电子显微镜的电子束不穿过样品，仅在样品表面扫描激发出次级电子。

放在样品旁的闪烁晶体接收这些次级电子，通过放大后调制显像管的电子束强度，从而改变显像管荧光屏上的亮度。

显像管的偏转线圈与样品表面上的电子束保持同步扫描，这样显像管的荧光屏就显示出样品表面的形貌图像，这与工业电视机的工作原理相类似。

扫描式电子显微镜的分辨率主要决定于样品表面上电子束的直径。

放大倍数是显像管上扫描幅度与样品上扫描幅度之比，可从几十倍连续地变化到几十万倍。

扫描电子显微镜（SEM）绪言扫描电子显微镜是自上世纪60年代作为商用电镜面世以来迅速发展起来的一种新型的电子光学仪器。

由于它具有制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点，故被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。

1.扫描电子显微镜的工作原理扫描电镜是对样品表面形态进行测试的一种大型仪器。

当具有一定能量的入射电子束轰击样品表面时，电子与元素的原子核及外层电子发生单次或多次弹性与非弹性碰撞，一些电子被反射出样品表面，而其余的电子则渗入样品中，逐渐失去其动能，最后停止运动，并被样品吸收。

在此过程中有99%以上的入射电子能量转变成样品热能，而其余约1%的入射电子能量从样品中激发出各种信号。

如图1所示，这些信号主要包括二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、电子电动势、阴极发光、X射线等。

扫描电镜设备就是通过这些信号得到讯息，从而对样品进行分析的。

图1 入射电子束轰击样品产生的信息示意图SEM的电子成像原理包括二次电子成像(SEI)、背散射电子成像(BEI)和吸收电子成像。

二次电子成像(SEI)中入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。

二次电子能量比较低，仅在样品表面5nm－10nm的深度内才能逸出表面。

二次电子象是表面形貌衬度，它是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种象衬度。

二次电子像分辨率比较高，所以适用于显示形貌衬度。

二次电子的产生额与入射电子束能量及入射电子束角度有关。

背散射电子成像(BEI) 用背散射电子信号进行形貌分析，其分辨率远比二次电子低，因为背散射电子是在一个较大的作用体积内被入射电子激发出来的，成像单元变大是分辨率降低的原因。

背散射电子信号随原子序数Z的变化比二次电子的变化显著的多，因此图像应有较好的成分衬度。

图2是含镍材料的SEI图像和BEI图像。

扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）利用
电子束与样品交互作用来获取样品表面形貌和成分信息。

其工作原理涉及电子束的发射、聚焦、扫描以及信号的检测和放大。

首先，SEM内部的电子枪会通过电子发射材料（如钨丝）发
射出电子束。

然后，用来加速电子束的电场将其加速至高能，通常为几千至几十万电子伏。

电子束通过一系列电磁透镜进行聚焦，以减小电子束的直径。

接下来，样品被放置在一个可移动的样品台上。

样品通常需要被涂覆上导电性物质，以允许电子束在其表面上散射并与样品相互作用。

一旦样品准备完毕，样品台会移动，将其表面逐点扫描，使电子束与样品表面不断交互。

当电子束与样品表面相互作用时，会发生多种物理过程，如电子与样品原子之间的散射、逸出二次电子的产生以及不同能量的电子的反射。

这些过程产生的不同信号可用于分析样品的特征。

SEM内部的倍增器可以检测到被散射的电子或逸出二次电子。

这些信号会被转化为电信号并放大。

然后，电子信号会根据扫描的位置被编码并通过计算机或图像处理器进行处理。

最终，这些处理后的信号将被转化为图像，在显微镜显示器上呈现给操作者。

通过调整SEM的操作参数，如电子束的能量、聚焦以及扫描
参数，可以得到不同分辨率和深度的样品图像。

SEM广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。

扫描电子显微镜（SEM）-2017简介扫描电子显微镜（SEM）是一种最早应用于材料科学和生物学等领域的显微镜之一。

SEM通过使用电子来成像，所以它可以得到比光学显微镜更高的分辨率，同时也在表面形貌和结构等方面有更好的表现。

本文旨在介绍SEM的基本原理、工作方式、应用领域和标准维护过程，以及一些商用SEM设备的主要特点和性能。

原理和工作方式SEM使用常规的电子枪作为其光源。

电子从电子枪发射出来，经过一系列电子透镜聚焦到一点，然后该电子点射出的电子与样品表面交互，最后通过探测器（如SE和BSE）进行检测，并转换成数字信号。

扫描电子过程中，样品表面的原子会因为电子束的作用而失去一部分能量，电子束作用区的电子动量将成为SEM获得的电子显微镜图像中最表现显著的特征之一。

SEM与传统的TEM不同，它没有上下透射的概念，而是以横向扫描的方式来获取样品表面的信息。

应用领域SEM通常被应用于不同领域，主要有以下几个方面：材料科学领域通常在金属、聚合物、纳米材料、陶瓷和复合材料等方面使用。

SEM可用于观察微观结构和表面形貌，如纳米颗粒的分布、纤维的形态、孔洞的分布、氧化物颗粒的分布等。

生命科学领域SEM在生物学领域中的应用也非常广泛，用于观察透明细胞、组织切片、骨质等复杂形态样本等。

SEM较常见的应用是对生物细胞和组织切片的观察。

生物细胞和组织切片通常首先需要用特殊的电解质和表面处理来帮助利用SEM进行成图，然后可以观察到细胞内的结构細胞质及其细胞器、核和其他膜平面结构等更深的结构。

地质、地理与环境科学SEM也广泛用于地质学、地理学和环境科学等领域，如岩石、土壤、矿物和微生物的形态观察、纤维、病毒和细菌的形态观察等。

维护要确保SEM在使用时保持正确的运行状态以达到最佳的成像效果，必须对所涉及的设备和工作进程进行标准维护和定期检查。

下面简单列举一些常见的标准维护过程：•清洗SEM并反射性地定期查看SEM工作观察部件。

扫描电子显微镜
扫描电子显微镜介绍：
扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。

当一束高能的人射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X 射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。

同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动 (声子)、电子振荡 (等离子体)。

原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。

扫描电子显微镜正常值：
图象的放大范围广，分辨率也比较高。

可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。

分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。

扫描电子显微镜临床意义：
异常结果：在医学方面只要是应用在病毒与血液的检查。

扫描电镜主要用来观察组织、细胞表面或断裂面的显微和亚显微结构及较大的颗粒性样品(3nm～10nm)的表面形态结构，找到病炉。

需要检查的人群：病毒感染或者肿瘤患者都可以检查，其他疾病也也检查。

扫描电子显微镜注意事项：
不合宜人群：一般无。

检查前禁忌：保持正常的饮食及睡眠。

检查时要求：按照医生的吩咐，取样，积极配合医生。

医生应该仔细观察显微镜下的视野。

扫描电子显微镜检查过程：
检查过程一般是采集取样，然后标本的制作，医生在一定的时间内用扫描电子显微镜进行观察细胞，然后得出图像进行分析。