扫描电镜的图像分析
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扫描电镜成像技术参数测量和图像处理优化扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)是一种利用电子束来观察物质表面微观形貌的重要仪器。
扫描电镜的成像质量直接影响到我们对样品微观结构的理解和分析。
因此,对扫描电镜的成像技术参数进行准确测量和图像处理的优化是非常重要的。
一、扫描电镜成像技术参数测量1. 分辨率测量分辨率是衡量扫描电镜成像质量的重要参数之一。
常用的测量方法是利用聚苯乙烯球(PSL)标准样品进行测量。
首先将PSL标准样品放置在扫描电镜的样品台上,选择合适的放大倍数进行观察。
然后,通过测量PSL标准样品像素尺寸和球的直径,可以计算出扫描电镜的分辨率。
2. 加速电压测量扫描电镜的加速电压对成像结果有重要影响。
一般来说,较高的加速电压可以得到更好的穿透能力和深度信息,但也会导致成像分辨率的降低。
因此,选择合适的加速电压非常重要。
可以使用金刚石颗粒(DOS)标准样品来测量加速电压。
测量时,将DOS标准样品放置在扫描电镜的样品台上,选择合适的放大倍数观察颗粒的形态,并根据颗粒直径与厚度的关系来确定适宜加速电压。
3. 焦点调谐测量扫描电镜的焦点位置是影响成像质量的重要因素之一。
为了获得更好的成像效果,需要进行焦点调谐。
一种常用的焦点调谐方法是利用铜膜标准样品。
将铜膜标准样品放置在扫描电镜样品台上,选择适当的放大倍数,通过观察铜膜的清晰度调整扫描电镜的焦距,以获得最佳的成像效果。
二、图像处理优化1. 噪声抑制扫描电镜图像中常常存在各种噪声,如高斯噪声和斑点噪声等。
为了提高图像质量,可以采用数字滤波技术来抑制噪声。
常用的滤波方法包括均值滤波、中值滤波和高斯滤波等。
选择合适的滤波器和滤波参数可以有效地去除噪声,并保留有用的图像细节。
2. 对比度增强对比度是衡量图像中不同灰度级之间差异程度的参数。
较低的对比度会导致图像细节不清晰。
为了增强图像的对比度,可以采用直方图均衡化、对比度拉伸和灰度映射等图像增强技术。
扫描电镜图像分析仪在矿物鉴定中的应用郭 嘉(山东省第一地质矿产勘查院,山东 济南 250013)摘 要:在传统的矿物鉴定中,难以立体地描述矿石样本中的矿物类型及所在区域,因此将扫描电镜图像分析仪应用于矿物鉴定中。
论述扫描电镜图像分析技术原理,归纳总结电子束击打在矿石样本表面后形成的分散电子类型,并分别描述其性质,分析该技术的优势,包括分辨率高、具备三维立体结构等。
论述扫描电镜图像分析仪在矿物鉴定中的应用方法,通过矿石自身的导电性能,区分所需扫描电镜种类及参数,分析不同矿石中的元素组成含量,推断矿石具体成分,寻找页岩结构中的微小孔隙。
关键词:扫描电镜图像分析仪;矿物鉴定;岩石矿物鉴定;扫描电镜;电镜图像分析中图分类号:P575.4 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2021)17-0209-2Application of Scanning Electron Microscope Image Analyzer in Mineral IdentificationGUO Jia(Shandong First Geological and Mineral Exploration Institute, Ji’nan 250013,China)Abstract: In traditional mineral identification, it is difficult to three-dimensionally describe the types and areas of minerals in ore samples. Therefore, scanning electron microscope image analyzers are used in mineral identification. Discuss the principle of scanning electron microscope image analysis technology, summarize and summarize the types of scattered electrons formed after the electron beam hits the surface of the ore sample, and describe their properties respectively, and analyze the advantages of this technology, including high resolution and three-dimensional structure. Discuss the application method of scanning electron microscope image analyzer in mineral identification. Through the conductivity of the ore itself, distinguish the required scanning electron microscope types and parameters, analyze the element composition content of different ore, infer the specific composition of the ore, and look for the shale structure. Tiny pores.Keywords: scanning electron microscope image analyzer; mineral identification; rock mineral identification; scanning electron microscope; electron microscope image analysis我国的工业发展对矿石有极大的需求,因此合理并及时地大范围开采矿物资源是满足人们生产和生活的前提。
扫描电镜分析扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)是一种常用的高精度显微镜,能够以极高的放大倍数观察样品的微观结构和形貌。
通过利用电子束对样品进行扫描,SEM能够提供比光学显微镜更高的分辨率和放大倍数。
本文将介绍扫描电镜的工作原理、应用领域以及其在科研和工业中的重要性。
扫描电镜的工作原理是基于电子的性质和电磁场的作用。
它通过发射高能电子束,并将电子束聚焦到极小的尺寸,然后扫描在样品表面。
当电子束与样品的表面交互作用时,会产生许多信号,包括二次电子、背散射电子、特征X射线等。
这些信号接收后,经过电子学系统的处理和分析,最终形成样品的显微图像。
由于扫描电镜的电子束具有很小的波长,因此它能提供更高的分辨率和放大倍数,可以观察到更加详细的微观结构。
扫描电镜在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中,它可以用来研究材料的表面形貌和微观结构,对材料的组成和纳米尺寸的特征进行分析。
在生物学研究中,扫描电镜可以观察生物细胞、组织和器官的内部结构,对病毒、细菌等微生物进行观察和分析。
在纳米科技领域,扫描电镜可以研究纳米材料的制备和性质,包括纳米颗粒、纳米材料的形貌和尺寸分布等。
此外,扫描电镜在矿物学、工业品质检测、环境科学和考古学等领域也有广泛应用。
在矿物学中,扫描电镜可以对矿石和矿物进行分析,帮助确定它们的成分和结构。
在品质检测中,扫描电镜可以用于检查和验证产品的表面和微观结构,确保产品符合质量标准。
在环境科学中,扫描电镜可以用来研究大气颗粒物、水质中的微生物和化合物等。
在考古学研究中,扫描电镜可以协助鉴定古代人工制品的材质和表面特征,帮助研究人员了解古代文化和技术。
扫描电镜在科学研究和工业生产中具有重要的地位。
它能够提供高分辨率的显微观察,帮助科学家们深入了解材料的微观结构和形貌,从而促进科学研究的发展。
在工业领域,扫描电镜可以用于质量控制和产品改进,确保产品具有良好的性能和质量。
实验四扫描电镜的结构原理及图像衬度观察一实验目的1 结合扫描电镜实物,介绍其基本结构和工作原理,加深对扫描电镜结构及原理的了解。
2选用合适的样品,通过对表面形貌衬度和原子序数衬度的观察,了解扫描电镜图像衬度原理及其应用。
3 利用二次电子像对断口形貌进行观察。
二实验原理1 扫描电镜基本结构和工作原理扫描电子显微镜利用细聚电子束在样品表面逐点扫描,与样品相互作用产生各种物理信号.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、图像大体感强、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。
图4-1为扫描电镜结构原理方框图。
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。
扫描电镜镜的光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。
图4-1 扫描电镜结构原理方框图扫描电镜的基本结构可分为六大部分,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。
这一部分的实验内容可参照教材(材料分析方法),并结合实验室现有的扫描电镜进行,在此不作详细介绍。
主要介绍两种扫描电镜Quanta环境扫描电子显微镜和场发射扫描电镜。
2表面形貌衬度原理及应用二次电子信号主要用于分析样品的表面形貌。
二次电子只能从样品表面层5—10nm 深度范围内被入射电子束激发出来,大于10nm时,虽然入射电子也能使核外电子脱离原子而变成自由电子,但因其能量较低以及平均自由程较短,不能逸出样品表面,最终只能被样品吸收。
扫描电镜(SEM)超全知识汇总真空技术扫描电子显微镜,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,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。
如图1所示,是扫描电子显微镜的外观图。
▲图1. 扫描电子显微镜特点制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大、保真度高、有真实的三维效应等,对于导电材料,可直接放入样品室进行分析,对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。
基本结构从结构上看,如图2所示,扫描电镜主要由七大系统组成,即电子光学系统、信号探测处理和显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。
电磁透镜:热发射电子需要电磁透镜来成束,所以在用热发射电子枪的扫描电镜上,电磁透镜必不可少。
通常会装配两组:汇聚透镜和物镜,汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束,与成象会焦无关;物镜负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。
扫描线圈的作用是使电子束偏转,并在样品表面作有规则的扫动,电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步,因为它们是由同一扫描发生器控制的。
样品室内除放置样品外,还安置信号探测器。
2、信号探测处理和显示系统电子经过一系列电磁透镜成束后,打到样品上与样品相互作用,会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。
所以需要不同的探测器譬如二次电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。
虽然X射线信号不能用于成象,但习惯上,仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。
有些探测器造价昂贵,比如Robinsons式背散射电子探测器,这时,可以使用二次电子探测器代替,但需要设定一个偏压电场以筛除二次电子。
3、真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。
真空柱是一个密封的柱形容器。
真空泵用来在真空柱内产生真空。
有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类,机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨灯丝枪的扫描电镜的真空要求,但对于装置了场致发射枪或六硼化镧及六硼化铈枪的扫描电镜,则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。
扫描电镜实验报告图像分析怎么写一、引言扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)是一种常用的高分辨率表面形貌分析仪器,广泛应用于材料科学、生物学、纳米科技等领域。
本实验旨在利用扫描电镜对样品进行观察和分析,掌握图像分析技巧,并结合实际图像进行详细分析,从而深入了解样品的表面形貌和微观结构。
二、实验方法1. 样品制备:选择需要观察的样品,根据不同的要求进行制备,如金属材料可以进行抛光、腐蚀处理,生物样品可以进行固定和超薄切片等。
2. 仪器操作:将制备好的样品放入扫描电镜的样品台上,调节加速电压和放大倍数等参数,开始观察和拍摄图像。
3. 图像获取:通过扫描电镜获取样品的图像,并保存在电脑上,以备后续的图像分析工作。
三、图像分析1. 图像质量评估:首先对所获得的图像进行质量评估。
评估图像的对比度、噪声、清晰度等指标,确保图像的质量符合要求。
可以通过测量像素密度、区域灰度分布等方法进行评估。
2. 图像预处理:针对图像中存在的噪声、伪影等问题,可以对图像进行预处理。
例如,可以利用图像处理软件进行滤波、增强对比度等操作,以提高图像清晰度和可视化效果。
3. 形貌分析:通过对图像进行形貌分析,可以获得样品的表面形貌特征。
可以使用图像处理软件中的测量工具来计算样品的颗粒大小、距离、角度等参数。
同时,可以根据图像中的拓扑结构特征,推测样品的形成过程和相互关系。
4. 结构分析:通过图像分析,可以对样品的微观结构进行分析。
可以从图像中观察并描述样品的晶体结构、纤维形态等。
同时,可以对样品中存在的裂纹、孔洞等缺陷进行分析,评估样品的完整性和质量。
5. 成分分析:在图像分析的基础上,可以借助图谱分析和能谱分析等技术手段,对样品的成分进行分析。
通过识别元素的峰位和峰强,可以得到样品的成分组成,进一步了解样品的化学特性。
四、实验结果与讨论本次扫描电镜实验中,我们选择了一块金属样品,并进行了抛光和腐蚀处理。
1.1扫描电子显微镜电子光学原理1.1.1瑞利公式利用光学显微系统将细节放大,满足人眼分辨率可以接受的程度,最大分辨率可达到200nm(放大倍数1000倍)。
根据瑞利公式:Δr0=0.61λ/(Nsinα)其中:Δr0为辨率;λ为光源的波长;N为介质的折射率;α为孔径半角,即透镜对物点的张角的一半;N sinα称为数值孔径,常用N.A表示。
根据瑞利公式,提高分辩率的途径有:(1)增大数值孔径(N sinα),即增大介质折射率N和数值孔径α;(2)减小照明光源波长λ。
在以空气为介质的情况下,光学透镜系统的N.A<1,采用油侵透镜,N.A max=1.35。
因此得:Δrmin=λ/2。
所以提高显微镜分辨率的根本途径是寻求一种波长更短的光源[2]!既然是光源限制了显微镜的放大倍数和分辨率的发展,人们自然会想到:要想提高显微镜的放大倍数和分辨率,就应该更换波长更短的光源。
随着人们对电磁波的认识,人们了解到:在一定的电压下电子束的波长可以达到零点几个纳米,使用电子束做为光源,显微镜的分辨率就可能提高几个数量级。
1.1.2扫描电镜成像图为扫描电镜原理示意图,由电子枪发射的电子束,经会聚镜、物镜缩小、聚焦,在样品表面形成一定能量和斑点直径的电子束。
在扫描线圈磁场作用下,作用在样品表面上的电子束将按一定时间、空间顺序作光栅或扫描。
电子束从样品中激发的二次电子,由二次电子收集器收集、由加速极加速至闪烁体转变成光信号,此信号经光导管到达光电倍增管再转变成电信号。
该电信号由视频放大器放大,输送到显像管栅极,调制显像管亮度,使之在屏幕上呈现亮暗程度不同的反映表面起伏(形貌)的二次电子像。
由于电子束在样品表面上扫描和显像管中电子束在荧光屏上扫描由同一扫描电路控制,保证了它们之间完全同步,即保证了“物点”和“像点”在时间和空间上的一一对应。
一般称一个像点为一个“图像单元”、一幅扫描图像近100万个图像单元。
正因为如此,才使得SEM不仅显示一般形貌,而且还能将样品局部化学元素、光、电和磁等性质差异以二维图像形式显示出来。
影响扫描电镜图像质量的因素分析摘要:本文介绍影响的因素及其对图像质量的影响,别离从加速电压、扫描速度和信噪比、、、和等分析图像质量的转变原因,提出提高图像质量的方式。
关键词: 扫描电子显微镜 SEM 图像质量是(Scanning Electron Microscope,SEM)是起来的一种多功能的电子显微分析仪器。
SEM 以其简单、图像视野大、景深长、图像立体感强,且能接收和分析后产生的大部份信息,因此在科研和工业等各个领域取得普遍应用。
但是扫描电镜是非常精密的仪器,结构复杂,要想得到能充分反映物质形貌、层次清晰、立体感强和分辨率高的高质量图像仍然是一件非常艰难的事情,本文针对工作中出现的问题,分析影响图像质量的因素,讨论如何根据样品选择最佳观察条件。
1 加速电压扫描电镜的电子束是由灯丝通电发烧温度升高,当钨丝达到白热化,电子的动能增加到大于阳离子对它的吸引力( 逸出功) 时,电子就逃逸出去。
在紧靠灯丝处装上有孔的栅极( 也叫韦氏盖),灯丝尖处于栅孔中心。
栅极上100~1000V 的负电场,使灯丝的电子发射达到必然程度时,再也不能继续随温度增加而增加,即达到(这种提法是错误的)。
离开栅极必然距离有一个中心有孔的阳极,在阳极和阴极间加有一个很高的正电压称为[1],它使电子束加速而取得能量。
加速电压的范围在1~30kV,其值越大电子束能量越大,反之亦然。
加速电压的选用视样品的性质( 含导电性) 和倍率等来选定。
当样品导电性好且不易受电子束损伤时可选用高加速电压,这时(尤其是低原子序数的材料)使材料衬度减小图像分辨率高。
但加速电压过高会产生不利因素,电子束对样品的穿透能力增大,在样品中的扩散区也加大,会发射甚至二次电子也被散射,过多的散射电子存在信号里会出现叠加的虚影从而降低分辨率,目前我所用的扫描电子显微镜(TESCAN TS 5136MM) 的加速电压可在1~30kV 内任意调节,采用加速电压1~30 kV(见图1)。
扫描电镜照片参数解读及主要参数选择1、扫描电镜照片参数解读图1 扫描电镜图片展示,EHT=20.00kV即加速电压20kV;WD=8.2mm,即工作距离8.2mm;Mag=7.94KX即放大倍数7940倍;Signal A=SE2即用SE2探测器。
扫描电镜参数众多,皆可显示在图片下方工具栏中,但决定图像质量最直接、最关键因素是加速电压(EHT)、工作距离(WD)、放大倍数(Mag)和检测器种类,因此本台扫描电镜检测结果只选择显示这几个重要指标。
2、电镜参数解读2.1 加速电压一般,加速电压越高,图像分辨率越高,当样品导电性好且不易受电子束损伤时可选用高加速电压,这时电子束能量大,对样品穿透深,材料衬度减小,图像分辨率提高。
但加速电压过高,电子束对样品的穿透能力过大,样品表面信息缺失,样品看起来像玉一样,如图2D。
低加速电压时,入射电子能量较低,其与样品的作用深度较浅,更能反映样品最表层的信息,有利于样品表层形貌的观察(图2A,C);此外,低加速电压可以有效地减少荷电现象,更易观察不导电样品。
如图2B,样品在10kV加速电压下边缘过亮,说明此处电荷大量积累,而图2A用1kV加速电压拍摄的同一部位就没有明显的荷电现象。
因此,根据自己的要求灵活地选择加速电压,才能得到理想的电镜图像。
当需要观测样品的表面信息、样品的导电性较差、样品的热稳定性较差时,需要选择较低的,甚至是超低的加速电压。
当需要得到分辨率高的图像、样品表面存在有机污染或是样品内部的相组成信息时,需要选择较高的加速电压。
图2 不同加速电压条件下的二次电子像。
A,C为1KV加速电压条件下图像,图像表面细节清晰。
B为10KV加速电压条件下图像,图像边缘效应较强。
D为15KV加速电压条件下的图像,图像表面细节看不出。
2.2 工作距离工作距离(WD)是物镜下极靴到样品表面的距离。
工作距离增大时,样品上的束斑变大,分辨率下降,但孔径角减小,景深增加。