江大 扫描电镜简介(完整)

扫描电镜简述J I A N G S U U N I V E R S I T Y 冶金工程专业硕士研究生结课论文论文题目：扫描电镜SEM分析技术综述课程名称：Modern Material Analytic Technology专业班级： 2015级硕士研究生学生姓名学号：2211505072学院名称：材料科学与工程学院学期： 2015-2016第一学期完成时间： 2015年11月 30 日扫描电镜SEM分析技术综述摘要扫描电子显微镜（如下图所示），简称为扫描电镜，英文缩写为SEM(Scanning Electron Microscope)。

它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。

现在SEM都与能谱（EDS）组合，可以进行成分分析。

所以，SEM也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。

本文主要对扫描电镜SEM进行简单介绍，分别从扫描电镜发展的历史沿革；工作原理；设备构造及功能；在冶金及金属材料分析中的应用情况；未来发展方向等几个方面来对扫描电镜分析技术进行综述。

关键词: 扫描电子显微镜二次电子背散射电子 EDS 成分分析扫描电子显微镜目录一扫描电镜 (4)1.1 近代扫描电镜的发展 (4)1.1.1场发射扫描电镜 (4)1.1.2 分析型扫描电镜及其附件 (5)1.2 现代扫描电镜的发展 (6)1.2.1低电压扫描电镜 (6)1.2.2 低真空扫描电镜 (6)1.2.3环境扫描电镜ESEM (7)1.3 扫描电镜工作原理设备构造及其功能 (7)1.3.1扫描电镜工作原理 (8)1.3.2 扫描电镜的主要结构及功能 (9)1.4 扫描电镜性能 (11)1.5扫描电镜在冶金及金属材料分析中的应用 (12)二结论 (14)三参考文献 (14)一扫描电镜SEM1.1近代扫描电镜的发展扫描电镜的设计思想早在1935 年便已提出，1942 年在实验室制成第一台扫描电镜，但因受各种技术条件的限制，进展一直很慢。

扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它利用电子束与样品的相互作用来获取样品的表面形貌和成份信息。

下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。

一、电子束的产生与聚焦扫描电镜中的关键部件是电子枪，它通过热发射或者场发射的方式产生高能电子束。

电子束经过聚焦系统，通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和聚焦，从而提高分辨率。

二、样品的制备与加载在进行扫描电镜观察之前，需要对样品进行制备。

常见的样品制备方法包括金属涂层、冷冻切片、离子切割等。

制备完成后，将样品加载到扫描电镜的样品室中。

三、扫描电子显微镜的工作模式1. 透射电子显微镜模式（TEM）透射电子显微镜模式是将电子束穿透样品，然后通过样品上的透射电子显微镜探测器进行成像。

这种模式适合于对样品内部结构的观察，可以提供高分辨率的成像。

2. 扫描电子显微镜模式（SEM）扫描电子显微镜模式是将电子束聚焦到样品表面，然后通过样品表面反射的次级电子、反射电子或者后向散射电子进行成像。

这种模式适合于对样品表面形貌和成份的观察。

四、扫描电子显微镜的成像原理1. 次级电子成像（SEI）次级电子成像是通过探测样品表面次级电子的信号来获得图象。

当电子束与样品表面相互作用时，会产生次级电子。

这些次级电子被探测器捕捉到，并转换成图象。

2. 反射电子成像（BEI）反射电子成像是通过探测样品表面反射电子的信号来获得图象。

当电子束与样品表面相互作用时，一部份电子会被样品表面反射出来，这些反射电子被探测器捕捉到，并转换成图象。

3. 后向散射电子成像（BSEI）后向散射电子成像是通过探测样品表面后向散射电子的信号来获得图象。

当电子束与样品表面相互作用时，部份电子会发生散射，并改变其运动方向。

这些后向散射电子被探测器捕捉到，并转换成图象。

五、扫描电子显微镜的分辨率扫描电子显微镜的分辨率是指它可以分辨出两个相邻物体之间的最小距离。

扫描电镜分析简介
扫描电镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种高分辨力电子显微镜技术，它是研究尺度上非常小的目标物质的分子结构的工具。

它的发展是电镜发展的新一步，因为它不仅可以观察物体的表面和形状，而且能够潜入表面深处，甚至可以分析其化学成分。

SEM技术的原理主要是使用激光束来照射样品表面，激光束穿过空气层在样品表面受到反弹，经过反弹的激光首先进入到放大镜系统，再经过扫描器激光射频控制，发射到样品表面，进而可以获得样品表面的高分辨率图像。

扫描电子显微镜是由支持用空气压进行绝缘的真空容器、电子源、偏振器、扫描仪和控制系统组成的一个设备。

它的真空容器由一个金属模型和一个电子枪组成，具有十几个测量系统，而电子源能够将千万伏特的电源供给给电子枪，使其产生电子束，该电子束射向样品，使样品表面放射出可以记录观测的电子信号。

扫描电子显微镜(SEM)介绍(SEM)扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早在1935年便已被提出来了。

1942年，英国首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。

经过各国科学工作者的努力，尤其是随着电子工业技术水平的不断发展，到1956年开始生产商品扫描电镜。

近数十年来，扫描电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。

目录扫描电镜的特点扫描电镜的结构工作原理扫描电镜的特点和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜SEM（Scanning Electron Microscope）具有以下特点：(一) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。

(二) 样品制备过程简单，不用切成薄片。

(三) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。

(四) 景深大，图象富有立体感。

扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。

(五) 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。

(六) 电子束对样品的损伤与污染程度较小。

(七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

扫描电镜的结构1．镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。

其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。

2．电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。

在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。

扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电子显微镜利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产行各种物理信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。

扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大、连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点，是进行样品表面研究的有效分析工具。

扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约在1～30kV，实验时可根据被分析样品的性质适当地选择，最常用的加速电压约在20kV左右。

扫描电镜的图像放大倍数在一定范围内(几十倍到几十万倍)可以实现连续调整，放大倍数等于荧光屏上显示的图像横向长度与电子束在样品上横向扫描的实际长度之比。

扫描电镜的电子光学系统与透射电镜有所不同，其作用仅仅是为了提供扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。

扫描电镜最常使用的是二次电子信号和背散射电子信号，前者用于显示表面形貌衬度，后者用于显示原子序数衬度。

扫描电镜的基本结构可分为电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、真空系统和电源及控制系统六大部分。

这一部分的实验内容可参照教材第十二章，并结合实验室现有的扫描电镜进行，在此不作详细介绍。

三、扫描电镜图像衬度观察1．样品制备扫描电镜的优点之一是样品制备简单，对于新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可以直接进行观察。

但在有些情况下需对样品进行必要的处理。

1) 样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂(乙醇或丙酮)在超声波清洗器中清洗。

2) 样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。

清洗时可能会失去一些表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。

3) 对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5-10nm 为宜。

2．表面形貌衬度观察二次电子信号来自于样品表面层5～l0nm，信号的强度对样品微区表面相对于入射束的取向非常敏感，随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。

扫描电镜简介电子源发射的电子束经过电磁透镜的电子光学通路聚焦，电子源的直径被缩小到纳米尺度的电子束斑，与显示器扫描同步的电子光学镜筒中的扫描线圈控制电子束，在样品表面一定微小区域内，逐点逐行扫描。

电子束与样品相互作用，从样品中发射的具有成像反差的信号，由一个适当的图像探测器逐点收集，并将信号经过前置放大器和视频放大器,用调制解调电路调制显示器上相对应显示像素的亮度，形成我们人类观察习惯的，反映样品二维形貌的图像或者其他可以理解的反差机制图像。

由于图像显示器的像素尺寸远远大于电子束斑尺寸，(0.1mm/1nm=100,000倍)而且显示器的像素尺寸小于等于人类肉眼通常的分辨率，这样显示器上的图像相当于把样品上相应的微小区域进行了放大。

通过调节扫描线圈偏转磁场，可以控制电子束在样品表面扫描区域的大小，理论上扫描区域可以无限小，但可以显示的图像有效放大倍数的限度是扫描电镜分辨率的限度。

模拟图像扫描系统：样品上每个像素模拟信号直接调制阴极射线管对应显示像素的亮度，由于生成一幅高质量图像一般需要数秒或者数十秒/帧，所以模拟电镜使用慢余辉显像管终端显示一幅活图像，为了便于在显像管上观察图像，需要暗室，操作者可按照一定规程调整仪器参数，如图像聚焦，移动样品台搜索感兴趣区域，调节放大倍数，亮度对比度，消象散等从而获得最佳的图像质量。

模拟图像输出采用高分辨照相管，用单反相机直接逐点记录在胶片上，然后冲洗相片。

自1985年以来，模拟图像电镜已经被数字电镜取代。

数字图像扫描系统：样品上每个像素发出的成像信号，被图像探测器探测器后，经过前置放大器，和视频放大器放大，直接进行信号数字化，然后存储在图像采集卡的帧存器，形成数字图像数据，图像数据可被电镜操作软件读取，操作者在图形交互界面(GUI)上对图像进行调整控制，并把调整好的数字图像存储在计算机中硬盘中。

模拟控制是控制信号不经过计算机软件,直接由操作台按键旋钮等对执行机构进行控制,属于人工手动控制,控制精度由操作者观察仪表盘的变化决定.例如高压电源,扫描线圈,探测器电源,电子枪控制，磁透镜控制,样品台的运动控制等等。

扫描电镜原理及应用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察样品表面的显微镜。

与传统的透射电子显微镜不同，SEM 主要通过扫描电子束对样品进行微观观察。

扫描电子显微镜的原理基于电子显微学的加速电子束原理。

电子枪通过加速电场和聚焦电场加速高速运动的电子，并将其聚焦在一点上，形成尖锐的电子束。

这个电子束通过扫描线圈，沿着将样品表面分成的多个点进行扫描。

当电子束与样品表面交互作用时，样品表面的原子会吸收电子能量。

这会导致样品中的电子从低能级跃迁到高能级，同时也会发生电子散射。

电子束和样品的交互会产生多种信号，包括二次电子（SE）、反射电子（BE）、种子激发的X射线（EDX）和散射电子（BSE）等。

扫描电子显微镜的应用非常广泛。

以下是一些主要的应用领域：1.材料科学：扫描电子显微镜可以揭示材料的微观结构、形貌和表面缺陷，对材料的表面形貌和表面化学成分进行表征和分析。

2.生物科学：SEM可以观察生物样品的表面结构，例如细胞的微观形态、细胞器的空间分布和微生物的表面特征。

3.纳米科学：采用SEM可以观察纳米颗粒的形态和大小分布，以及纳米材料的结构和形貌。

4.矿物学和地质学：SEM可以对矿物和岩石样品进行表面形态和组成分析，对地质样本的微量元素进行分析。

5.金属学和材料工程：SEM可以对金属材料的晶格结构、相分布、晶粒尺寸和晶界进行表征和分析。

6.考古学和文物保护：SEM可以观察古代文物和考古样品的微观结构和表面细节，帮助研究人员进行文物保护和修复。

7.环境科学和污染控制：SEM可以用于观察和分析大气、水和土壤中的微观颗粒物、微生物和污染物。

总之，扫描电子显微镜通过扫描电子束对样品表面进行观察，广泛应用于材料科学、生物科学、纳米科学等领域。

它可以提供高分辨率的图像和丰富的表征信息，对研究和应用具有重要的意义。

扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，通过利用电子束与样品的相互作用来获取样品表面的形貌和成份信息。

其工作原理基于电子光学和电子物理的原理。

一、电子光学系统扫描电镜的电子光学系统由电子源、透镜系统和检测系统组成。

1. 电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极产生热电子。

热电子经过加速电压加速形成高速电子束。

2. 透镜系统透镜系统由几个磁透镜组成，包括聚焦透镜和扫描透镜。

聚焦透镜用于将电子束聚焦到极小的尺寸，提高分辨率。

扫描透镜用于控制电子束在样品表面的扫描。

3. 检测系统检测系统用于测量电子束与样品相互作用后的信号。

常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器。

二次电子检测器用于观察样品表面形貌，反射电子检测器用于获得样品的成份信息。

二、扫描控制系统扫描控制系统由扫描线圈和扫描发生器组成。

扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描范围和速度。

扫描发生器则产生扫描信号，控制电子束的扫描。

三、样品准备在进行扫描电镜观察之前，样品需要进行一系列的准备工作。

首先，样品需要被固定在样品架上，以保持稳定。

然后，样品需要被表面处理，如金属镀膜或者碳镀膜，以提高导电性。

最后，样品需要被放置在真空环境中，以避免电子束与空气份子的相互作用。

四、工作过程1. 准备好样品并放置在样品架上。

2. 打开扫描电镜，并进行必要的预热和真空泵抽气。

3. 调整电子光学系统，使得电子束聚焦到最佳状态。

4. 设置扫描控制系统，确定扫描范围和速度。

5. 开始扫描，观察样品表面形貌和成份信息。

6. 根据需要，可以调整扫描参数和检测器，以获得更详细的信息。

7. 观察结束后，关闭扫描电镜并进行必要的清洁和维护。

五、应用领域扫描电镜在许多领域都有广泛的应用。

在材料科学中，它可以用于观察材料的晶体结构、表面缺陷和纳米结构。

在生物学中，它可以用于观察细胞和组织的形态和结构。

扫描电镜介绍范文扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种常用的高分辨率成像工具，可以在微观范围内观察样品的表面形貌和显微结构。

相比传统的光学显微镜，扫描电子显微镜具有更高的分辨率和更大的深度信息。

扫描电子显微镜的工作原理是利用电子束对样品表面进行扫描，通过探针电子显微镜和信号探测系统获取样品表面的信号，从而得到高分辨率的图像。

扫描电子显微镜由四个主要部分组成：电子枪、透镜系统、扫描系统和探测系统。

电子枪是扫描电子显微镜的核心部件，它产生高能电子束。

电子枪中的热阴极产生电子，然后通过加速极加速到很高的速度。

这些高能电子束经过聚焦系统进行聚焦，并通过调节电压和电流来控制电子束的强度和直径。

透镜系统通过控制电子束的聚焦和形状，将电子束聚焦在样品表面上。

透镜系统中包括电子透镜和扫描线圈，通过调整透镜的电压和扫描线圈的电流，可以控制电子束的聚焦和扫描范围。

扫描系统用于控制电子束在样品表面上的扫描。

它通过改变扫描线圈的电流，控制电子束的位置和速度。

扫描系统可以按照一定的模式（如线性、环形或斜线）扫描样品表面，以获取更全面的信息。

探测系统用于收集和转换电子束与样品交互作用的信号。

常见的探测器包括二次电子和反射电子探测器。

二次电子探测器用于检测电子束与样品表面的相互作用，生成成像信号。

反射电子探测器检测电子束中被样品散射的电子，可以提供更多的表面和成分信息。

扫描电子显微镜的工作原理是通过扫描电子束，获取样品表面反射或二次电子的强度和分布信息，然后通过信号处理和数据分析，生成高分辨率的图像。

扫描电子显微镜的分辨率通常可以达到纳米级别，可以观察到微观结构和表面形貌。

扫描电子显微镜的应用非常广泛。

在材料科学领域，它可以用于研究材料的晶体结构、表面形貌和成分分析。

在生物科学领域，它可以用于观察细胞和组织的微观结构。

在地质学和环境科学领域，它可以用于研究岩石和土壤的粒度和成分。