扫描电子显微镜简介

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。

扫描电镜（SEM）简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束对样品表面进行扫描的显微镜。

相比传统的光学显微镜，SEM具有更高的分辨率和更大的深度视野，使得它成为材料科学、生命科学和物理科学等领域中常用的研究工具。

SEM通过利用电子多次反射，将样品表面的形貌细节放大数千倍，可以观察到微观结构，比如表面形态、粗糙度、纳米级颗粒等。

SEM通常需要真空环境下操作，因为电子束在大气压下很快会失去能量而无法达到高分辨率。

工作原理SEM的工作原理可以简单地分为以下几步：1.电子发射：SEM中，通过热发射或场发射的方式产生电子束。

这些电子被加速器加速，形成高速的电子流。

电子束的能量通常在10-30 keV之间。

2.样品照射：电子束通过一个聚焦系统照射到样品表面。

电子束与样品原子发生相互作用，从而产生各种现象，比如电子散射、透射和反射。

3.信号检测：样品与电子束发生相互作用后，产生的信号会被探测器捕获。

常见的SEM信号检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。

这些探测器可以测量电子信号的强度和性质。

4.信号处理和图像生成：SEM通过对探测到的信号进行处理和放大，生成图像。

这些图像可以显示出样品表面的微观结构和形貌。

应用领域SEM在许多科学领域中都有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：材料科学SEM可以用于研究材料的结构和形态。

它可以观察微观缺陷、晶体结构、纳米颗粒等材料细节。

这对于材料工程师来说非常重要，可以帮助他们改进材料的性能和开发新的材料。

生命科学SEM可以用于观察生物样品的微观结构。

比如，它可以观察细胞的形态、细胞器的分布和细胞表面的纹理。

这对于生物学家来说非常重要，可以帮助他们了解生物体的结构和功能。

纳米科学SEM在纳米科学领域中也有广泛的应用。

通过SEM可以对纳米材料进行表面形貌和结构的观察。

它可以显示出纳米结构的细节，帮助科学家研究纳米颗粒的组装、层析和相互作用等现象。

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。

扫描电子显微镜仪器构造：(1) 电子枪。

电子枪有热电子发射型和场发射型两种。

其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。

目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。

其优点是灯丝价格较便宜，对真空度要求不高，缺点是钨丝热电子发射效率低，发射源直径较大，即使经过二级或三级聚光镜，在样品表面上的电子束斑直径也在5-7nm，因此仪器分辨率受到限制。

现在，高等级扫描电镜采用六硼化镧（LaB6）或场发射电子枪，使二次电子像的分辨率达到2nm。

但这种电子枪要求很高的真空度。

为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。

(2) 电磁透镜。

其作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩小，是原来直径约为50m m的束斑缩小成一个只有数nm的细小束斑。

其工作原理与透射电镜中的电磁透镜相同。

扫描电镜一般有三个聚光镜，前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光斑尺寸。

第三个聚光镜是弱透镜，具有较长的焦距，在该透镜下方放置样品可避免磁场对二次电子轨迹的干扰。

(3) 扫描系统。

它是扫描电镜成象的一个重要组成部分，它的功能是使聚焦后的电子束在样品表面做光栅扫描。

(4) 样品室。

样品室中主要部件是样品台。

它出能进行三维空间的移动，还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达40毫米，倾斜范围至少在50度左右，转动360度。

样品室中还要安置各种型号检测器。

信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系。

样品台还可以带有多种附件，例如样品在样品台上加热，冷却或拉伸，可进行动态观察。

近年来，为适应断口实物等大零件的需要，还开发了可放置尺寸在Φ125mm以上的大样品台。

(5) 检测器。

其作用是检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，然后经视频放大作为显像系统的调制信号。

不同的物理信号需要不同类型的检测系统，大致可分为三类：电子检测器，应急荧光检测器和X射线检测器。

在扫描电子显微镜中最普遍使用的是电子检测器，它由闪烁体，光导管和光电倍增器所组成（见下图）。

简述扫描电子显微镜（SEM）
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。

扫描电镜的结构主要包括：
1.真空系统和光源系统；
2.电子光学系统——电子强、电磁透镜、扫描线圈、样品室；
3.信号放大系统。

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。

扫描电镜的应用范围是：
1.生物——种子、花粉、细菌……
2.医学——血球、病毒……
3.动物——大肠、绒毛、细胞、纤维……
4.材料——陶瓷、高分子、粉末、金属、金属夹杂物、环氧树脂……
5.化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥（杆菌）、机械、电机及导电性样品，如半导体(IC、线宽量测、断面、结构观察……）电子材料等。

主流厂家：
美国FEI（赛默飞）——Apreo SEM扫描电镜
德国蔡司——EVO MA 25/LS 25
日本日立——TM4000、SU8220，SU8230，SU8240日本电子——JSM-7900F 热场发射扫描电子显微镜捷克TESCAN——S8000系列
韩国COXEN——CX-200系列
中科院KYKY——KYKY-2800系列。

SEM扫描电子显微镜知识扫描电子显微镜知识A—Z / SEM的构造扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope：SEM）是观察样品表面的装置。

用很细的电子束（称为电子探针）照射样品时，从样品表面会激发二次电子，在电子探针进行二维扫描时，通过检测二次电子形成一幅图像，就能够观察样品的表面形貌。

SEM的构造装置的结构SEM由形成电子探针的电子光学系统、装载样品用的样品台、检测二次电子的二次电子检测器、观察图像的显示系统及进行各种操作的操作系统等构成（图1），电子光学系统由用于形成电子探针的电子枪、聚光镜、物镜和控制电子探针进行扫描的扫描线圈等构成，电子光学系统（镜筒内部）以及样品周围的空间为真空状态。

图1 SEM的基本结构1图2 电子枪的构造图电子枪电子枪是电子束的产生系统，图2是热发射电子枪的构造图。

将细（0.1 mm左右）钨丝做成的灯丝（阴极）进行高温加热（2800K左右）后，会发射热电子，此时给相向设置的金属板（阳极）加以正高圧（1～30kV），热电子会汇集成电子束流向阳极，若在阳极中央开一个孔，电子束会通过这个孔流出，在阴极和阳极之间，设置电极并加以负电圧，能够调整电子束的电流量，在这个电极（被称为韦氏极）的作用下，电子束被细聚焦，最细之处被称为交叉点（Crossover)，成为实际的光源(电子源)，其直径为15～20μm。

以上说明的是最常用的热发射电子枪，此外还有场发射电子枪和肖特基发射电子枪等。

热发射电子枪的阴极除使用钨丝外，还使用单晶六硼化镧(LaB6)，LaB6由于活性很强，所以需要在高真空中工作。

2透镜的构造电子显微镜一般采用利用磁铁作用的磁透镜。

当绕成线圈状的电线被通入直流电后，会产生旋转对称的磁场，对电子束来说起着透镜的作用。

由于制作强磁透镜（短焦距的透镜）需要增加磁力线的密度，如图3所示，线圈的周围套有铁壳（轭铁），磁力线从狭窄的开口中漏洩出来，开口处被称作磁极片（极靴），经精度极高的机械加工而成。

环境扫描电子显微镜介绍环境扫描电子显微镜（Environmental Scanning Electron Microscope，ESEM）是一种特殊的电子显微镜，可以在相对较高的湿度和气压下对样品进行观察，不需要对样品进行处理或者涂覆导电薄膜。

ESEM在大气或者真空环境中，通过扫描电子和信号接收器检测样品的电子散射、透射和反射，从而获取高分辨率的图像。

相较于传统的扫描电子显微镜（SEM），ESEM的一个突出特点是它可以在湿度高达100%的条件下进行观察，并且可以在较低的真空度下操作，甚至可以在大气中观测。

这使得ESEM在生物学研究和材料科学领域具有独特的优势。

ESEM的工作原理是通过在扫描电子枪周围保持相对较高的气压，湿润的样品表面上的水分子被激发产生电子，然后和扫描电子束进行相互作用，形成电子散射。

通过控制样品、相机和检测器之间的电子流，可以捕捉到确定位置上散射电子的图像。

这些图像可以被用来观察样品的表面形貌、成分组成以及局部电子密度等信息。

在生物学研究中，ESEM可以在接近自然状态下观察生物样品，如细胞、细胞外基质以及生物材料。

由于不需要对样本进行复杂的处理，ESEM可以观察到细胞的生理状态、细胞间相互作用以及细胞和外部环境的关系。

这对于生物学家来说是非常重要的，因为真实环境下的细胞行为往往与人工培养环境中的行为有很大的不同。

在材料科学领域，ESEM可以对材料的表面形貌和微观结构进行观察和分析。

例如，ESEM可以用于研究材料表面的粗糙度、孔洞结构以及涂层的均匀性。

此外，ESEM还可以用于研究材料的疲劳行为和腐蚀过程等。

为了实现在高湿度环境下的观察，ESEM通常配备了样品室和湿气控制系统。

样品室通常具有水密封，可以承受高压并保持相对较高的湿度。

湿气控制系统可以控制样品室中的湿度和气压，以满足具体实验要求。

总结来说，环境扫描电子显微镜（ESEM）是一种可以在相对较高的湿度和气压下观察样品的电子显微镜。

电子扫描显微镜
电子扫描显微镜是一种重要的科学研究工具，它利用电子束来观察并分析样品的微观结构和组成。

与传统的光学显微镜相比，电子扫描显微镜具有更高的分辨率和更强的放大能力，可以让我们看到更小的细节和更微小的结构。

电子扫描显微镜的工作原理是将电子束聚焦在样品表面上，然后通过对电子束的反射和散射来形成图像。

与光学显微镜不同的是，电子束可以穿透样品，因此可以观察到更深层次的结构和组成。

此外，由于电子束的波长比可见光短得多，因此电子扫描显微镜具有更高的分辨率。

电子扫描显微镜在许多领域都有着广泛的应用，如材料科学、生物学、医学、纳米技术等。

例如，在材料科学领域，电子扫描显微镜可以用来观察材料的晶体结构、纹理和缺陷；在生物学和医学领域，电子扫描显微镜可以用来观察细胞和组织的结构和形态，并帮助医生诊断疾病；在纳米技术领域，电子扫描显微镜可以用来观察和操作纳米级别的结构和器件。

总的来说，电子扫描显微镜是一种非常重要的科学工具，为我们深入研究微观世界提供了有力的支持和帮助。

随着科技的不断进步和发展，
相信电子扫描显微镜将会在更多的领域得到广泛的应用和发展。