显微形貌分析

扫描电镜显微分析报告一、引言扫描电镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束对样品表面进行扫描观察和显微分析的仪器。

其分辨率比光学显微镜要高很多，可以清晰显示样品表面的形态和结构。

本次实验使用SEM对样品进行了显微分析，并编写下述报告。

二、实验目的1.了解SEM的基本原理和工作方式；2.观察样品表面的形态和结构；3.通过SEM图像分析，获取样品的组成成分和晶体形貌信息。

三、实验步骤1.准备样品，将其放在SEM样品台上；2.调节SEM参数，包括加速电压、工作距离、扫描速度等；3.进行扫描观察，获取SEM图像；4.根据SEM图像进行显微分析，分析样品的形态、结构和成分。

四、实验结果经过扫描电镜观察，我们获得了样品表面的SEM图像。

该样品是一块金属材料，其表面呈现出颗粒状的结构。

颗粒大小不均匀，分布较为稀疏。

部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平的现象。

通过放大图像，我们可以看到颗粒呈现出不规则的形态和表面结构。

根据样品的形态和颗粒特征，我们推测该样品可能是一种金属合金。

颗粒的大小和分布情况表明，在合金制备过程中，可能存在着颗粒的生长过程或者晶体相变的情况。

我们还可以观察到部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平，这可能与金属材料在制备、处理或使用过程中的应力释放有关。

通过对SEM图像的分析，我们得到了样品的表面形貌和结构信息，但对于其具体的成分和晶体形貌仍需要进一步的分析。

五、实验结论本次实验使用扫描电镜对样品进行了显微分析，并获得了样品的SEM图像。

1.样品表面呈现颗粒状结构，颗粒大小分布不均匀；2.部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平的现象；3.样品可能是一种金属合金，颗粒的形态和分布情况可能与晶体相变和应力释放有关。

对于SEM图像中的颗粒成分和晶体形貌信息，我们需要进一步的分析才能得出准确的结论。

比如可以使用能谱仪对样品进行能谱分析，确定其具体的成分元素；还可以进行X射线衍射分析，获取样品的晶体结构参数。

光学精密工程OPTICS　AND　PRECISION　ENGINEERING1999年　第7卷　第3期　Vol.7　No.3　1999微结构表面形貌的测量周明宝　林大键郭履容　郭永康 摘　要　总结了现有各种微结构表面形貌测量方法,概述了这些方法的原理、特性及发展现状,并对各种方法的优越性、存在问题以及应用范围进行了比较。

关键词　微结构　表面形貌　测量Measurement of Microstructures TopographyZHOU Ming-Bao,LIN Da-Jian（State Lab of Optical Technologies on Microfabrication, Institute of Optics & Electronics,Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209)GUO Lü-Rong,GUO Yong-Kang(Physics Department, Sichuan University, Chengdu 610041)Abstract The existing various methods used to measure the surface topography of micro-structures are described. The principle, property and present situation of these methods are analyzed. Comparison for superiority, the existing problems and the applied range of these methods are given. Key words：Microstructures, Surface topography, Measurement1　引 言 微结构是随着微细加工技术的出现才出现的,是随着微细加工技术的发展逐步丰富和精细的。

材料表面微观形貌和化学性质分析近年来，材料科学在各行各业的应用中越来越受到重视。

材料的性能优化成为了一项前沿领域的研究方向。

为更好地探寻材料的性能特征，表面微观形貌和化学性质分析成为了一个研究的热点。

一、表面微观形貌分析表面微观形貌是观察和研究材料表面的重要内容。

表面形貌直接关系到材料的物理化学性质和应用价值。

表面形貌的研究可以通过现代光学显微技术实现。

例如，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等技术可观察材料表面和其微观结构。

通过这些技术可以实现对材料表面的三维显微结构重建，定量和定性检测表面的各种特征，如粗糙度、疏密程度、平整度等，以及表面的微观形貌。

SEM技术广泛应用于材料科学、生物学等领域。

SEM技术通过扫描材料表面并检测从材料表面反射返回的电子信号来获取表面形貌等信息。

它的分辨率高达亚纳米级，可以清晰观察到微观结构。

AFM技术在柔性材料和生物学方面的研究方面较为重要。

AFM利用尖端触发力和距离测量原理获取表面形貌信息。

AFM可以在液-固相和气-固相的环境下进行实时观察，在测定粗糙度和表面性质的过程中提供高度的灵敏度。

二、表面化学性质分析表面化学性质是材料的一个重要性能指标，通常指物料分子和主体之间的相互反应。

不同材料的表面化学性质差异明显，因此，表面化学性质分析也是材料性能研究的重要方向。

表面化学性质的分析需要一定的化学分析技术。

X射线光电子能谱（XPS）是一种常见的表面分析技术，经常用于材料表面化学成分分析。

利用X射线固定能量的本质原理，XPS可以分析出与被测样品表面相互作用的元素和化学键组成。

同时，表面上的元素、化学键或者物质的含量也可以在不侵入其他分析方法的情况下得到确认。

表面等离子体共振（SPR）技术在表面化学性质和生物学领域中具有重要的应用价值。

SPR技术对表面微观结构和化学性质进行研究。

通过SPR技术可以实现对生物大分子、药物和肿瘤标志物等物质的分子识别，具有阈低、专一、快速测定的特点。

实验一、铁碳合金平衡组织的显微分析（金相试样的制备）一实验目的：1. 掌握一般金相显微样品的制备过程和基本方法。

2. 熟悉碳钢平衡组织的显微形貌特征及识别方法。

二实验原理：金相试样加工工艺和对各种金相试样的检测，对了解金属的质量、性质是非常重要的。

金相试样的表面加工的手段方法也是各有不同。

但就我们国内金属试样的加工水平来讲，还是停留在比较原始的阶段，就工艺而言，大多数还是手工操作。

工艺流程大致是这样：砂轮片研磨（找平），降幂颗粒的砂纸研磨（3-4次），抛光腐蚀后上镜检测。

金相试样制备步骤：1、取样：从具有代表性的部位处截取直径12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长为12～15mm的方形试样。

例如，检验表面脱碳层的厚度应取横向截面、观察纵裂纹就要取纵向截面。

截取时应保证试样表面的显微组织不发生变化。

用手锯、机床截取、线切割等，但必须注意的是在取样过程中要防止试样受热或变形而引起的组织变化，破坏了其组织的真实性。

为防止受热可在截取过程中用冷却液冷却试样。

金相试样的尺寸要便于手握持和易于磨制，常用的试样尺寸为：Φ12×10或12×12×10，如果不是观察表面组织，可以倒角便于磨制。

根据需要，例如观察表面渗碳层的厚度，为防止在磨制过程中发生倒角，应采用镶嵌法，把试样镶嵌在热塑性塑料或热固性塑料中。

2、镶嵌：比较小或形状不规则的试样，可以镶嵌在低熔点合金或塑料中，以便于磨制和抛光。

3、磨制：截取好或镶好的试样首先在砂轮机上进行粗磨，尽量磨平，同时试样的棱角要倒圆；然后用2#、11/2#、1#等粗砂布和w28、w20、w14、w10、w7、w5金相砂纸按顺序逐级进行磨制，这样砂布或砂纸上的磨粒与试样表面产生的磨痕随着磨粒的减小而变小，直至磨平。

磨制时，当试样表面只有与磨制方向一致的磨痕时，才能更换较细粒度的砂纸（见图2、图3），每次更换砂纸磨制时，试样磨制方向应转90°，这样才能看出上次较粗的磨痕是否磨去。

显微鉴别名词解释显微鉴别是指通过放大光学仪器如显微镜，对物质的形貌、结构、成分等进行观察和分析，以达到鉴别不同物质之间差异的目的。

在科学研究、材料分析、医学诊断等领域都有广泛应用。

显微镜是常用的显微鉴别工具，主要分为透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM），它们都能以高倍放大图像，以便观察微小物体的细节和微粒的形状。

显微鉴别主要涉及以下几个方面的内容：1.形貌特征：显微镜对物体的放大和清晰度可以观察到其的形貌特征，如大小、形状、表面特征等。

这些特征对于鉴别不同材料非常重要，因为不同的物质在形貌上有很大的差异。

2.结构分析：显微鉴别可以观察物体的内部结构，如晶体的晶格结构、纤维的层次结构、细胞的组织结构等。

这些结构可以提供物质的组成和性质信息，帮助鉴别和分析不同物质。

3.成分测定：显微鉴别常结合其他分析技术，如红外光谱、拉曼光谱等，对物质的成分进行测定。

这些技术可以通过特定的光谱特征来确定物质中所含有的元素或化合物，从而进行鉴别和定性分析。

4.颜色观察：显微镜也可以观察物体的颜色变化。

不同物质的颜色可能与其反射、吸收、散射光线的特性有关，通过观察颜色的变化可以推断物质的性质。

5.热效应分析：显微镜还可以通过观察物体在加热或冷却过程中的变化来分析物质的热效应。

例如，某些物质在加热时会发生熔化或化学反应，这些热效应可以与物质的组成和热力学性质相关联，帮助进行鉴别和定性分析。

总之，显微鉴别是一种通过放大观察物质的形貌、结构、成分以及其他特征，以鉴别和分析不同物质之间差异的方法。

它在科学研究、材料分析、医学诊断、疾病研究等领域都有广泛应用，为我们提供了深入了解微观世界的工具。

显微分析实验总结1. 引言显微分析是一种通过使用显微镜和相关的技术手段，对物质样品进行观察和分析的方法。

它广泛应用于材料科学领域，特别是在材料分析、结构表征、纯度检测等方面。

本文将对显微分析实验进行总结，包括实验目的、实验步骤、实验结果及分析等内容。

2. 实验目的本实验的主要目的是通过显微镜观察和分析不同材料样品的显微结构，掌握显微分析的基本原理和方法。

3. 实验步骤3.1 样品制备首先，需要准备不同材料的样品，并进行适当的处理。

样品制备的方法根据不同材料的性质而定，可以包括切割、抛光、腐蚀等步骤，以获得适合观察的样品。

3.2 显微观察将准备好的样品放置在显微镜台上，调整显微镜的焦距和镜头放大倍数，以便获得清晰的显微结构图像。

在观察过程中，需要注意调整照明光源的亮度和方向，以提高观察效果。

3.3 图像记录使用相机或手机等设备，记录经过显微镜观察得到的图像。

确保图像清晰且能够准确反映样品的显微结构。

3.4 数据分析对于观察到的显微结构图像，进行相应的数据分析。

可以使用图像处理软件对图像进行测量、分析，提取相关的参数和特征。

根据实验目的，进行必要的统计和比较分析。

4. 实验结果及分析根据上述实验步骤，我们成功观察和分析了不同材料样品的显微结构，并得到了一些有意义的数据和结论。

以金属材料为例，通过显微分析，我们观察到了金属晶体的晶界、晶粒大小和形貌等信息。

通过统计分析，我们还发现不同处理条件下，晶粒尺寸的变化规律。

这些结果对于进一步了解材料的微观结构和性质具有重要意义。

同时，我们还发现不同材料之间在显微结构上存在差异，这为进一步研究材料的性质和应用提供了重要参考。

5. 结论通过显微分析实验，我们成功观察和分析了不同材料样品的显微结构，并获得了一些有意义的实验结果和结论。

这些结果对于进一步研究材料的性质和应用具有重要意义。

通过本实验，我们还掌握了显微分析的基本原理和方法，并学会了使用显微镜和相关工具进行样品观察和数据分析。

材料的形貌是材料分析的重要组成部分，材料的很多物理化学性能是由其形貌特征所决定的。

材料性能不仅与材料颗粒大小还与材料的形貌有重要关系。

因此，微观结构的观察和分析对于理解材料的本质至关重要。

材料形貌分析的常用方法主要有：光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描隧道显微镜(STM)。

光学显微镜(OM)主要是根据阿贝成像原理成像，利用许多光源的干涉以及衍射最终成一个清晰的像，分辨率可达0.2μm。

显微镜的分辨本领，可以用d=0.61λ/(nsinα)公式来表达，由此可见显微镜的分辨本领与光的波长成正比。

当光的波长越长，其分辨率越低只有采用比较短的波长的光线，才能获得较高的放大倍数。

比可见光波长更短的波有紫外线、X射线和电子波。

利用电子束作为提高显微镜分辨率的新光源，即电子显微镜。

目前，电子显微镜的放大倍数已达到150万倍，这样电子显微镜应用起来会更方便一些。

扫描电子显微镜（SEM）是一种常见的广泛使用的表面形貌分析仪器。

材料的表面的微观形貌的高倍数照片是通过能量高度集中的电子扫描材料表面而产生的。

扫描电子显微镜的原理与光学成像原理相近。

主要利用电子束切换可见光，利用电磁透镜代替光学透镜的一种成像方式。

扫描电镜提供的信息主要有材料的几何形貌、粉体的分散状态、纳米颗粒的大小、分布、特定形貌区域的元素组成和物相结构。

扫描电镜的优点是:有较高的放大倍数，20倍—20万倍之间连续可调;有很大的景深，视野大，成像富有立体咸，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构;试样制备简单。

扫描电镜分析可以提供从数纳米到毫米范围内的形貌像，观察视角大，其分辨率一般为6nm，对于场发射扫描电子显微镜，其空间分辨率可以达到0.5nm量级。

分辨率大小由入射电子束直径和调节信号类型共同决定。

电子束直径越小，分辨率越高。

但由于成像信号不同，例如二次电子和背反射电子，在样品表面的发射范围也不同，从而影响其分辨率。

扫描探针显微镜形貌分析　扫描探针显微镜（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ简称ＳＰＭ）包括扫描显微镜（ＳＴＭ）、原子力显微镜（ＡＦＭ）、激光力显微镜（ＬＦＭ）、磁力显微镜（ＭＦＭ）、静电力显微镜以及扫描热显微镜等，是一类完全新型的显微镜。

它们通过其端粗细只有一个原子大小的探针在非常近的距离上探索物体表面的情况，便可以分辨出其它显微镜所无法分辨的极小尺度上的表面细节与特征。

由于采用了扫描探针技术，这显微镜轻而易举地克服了光学显微镜所受的Ａｂｂｅ　囿限，能够以空前的高分辨率探测原子与＋分子的形状，确定物体的电、磁与机械特性，甚至能确定温度变化的情况。

使用这种显微镜时无需在物理学、化学、生物、微电子学与材料科学等领域获得了极为广泛的应用，以至人们逐渐认识到：这类显微镜的问世不权权是显微技术的长足发展，而且标电着一个科技新纪元－－纳米科技时代的开始。

　１９８２年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛・宾尼（Ｇｅｒｄ　Ｂｉｎｎｉｇ）博士和海・罗雷尔（Ｈｅｉｎｒｉｃｈ　Ｒｏｈｒｅｒ）博士及其同事们共同研制成功了世界第一台扫描隧道显微镜（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，以下简称ＳＴＭ）。

它的出现，使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广阔的应用前景，被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一。

为表彰ＳＴＭ的发明者们对科学研究的杰出贡献，１９８６年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖。

　在ＳＴＭ出现以后，又陆续发展了一系列工作原理相似的新型显微技术，包括原子力显微镜（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，以下简称ＡＦＭ）、横向力显微镜（Ｌａｔｅｒａｌ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，以下简称ＬＦＭ）等，这类基于探针对被测样品进行扫描成象的显微镜统称为扫描探针显微镜（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，以下简称ＳＰＭ）。