扫描电镜图像中的形态学分析与模型构建

实验五扫描电子显微镜的结构原理及图像衬度观察一、实验目的1．了解扫描电镜的基本结构和工作原理。

2．通过实际样品观察与分析，明确扫描电镜的用途。

二、基本结构与工作原理简介扫描电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、图像立体感强、放大倍数范围大且连续可调、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。

图5-1是扫描电镜主机构造示意图。

试验时将根据实际设备具体介绍。

这一部分的实验内容可参照教材内容，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。

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。

实验目的■1 •了解扫描电镜的用途、结构及基本原理;■2 ■了解扫描电镜的样品制备；■3■上机操作，利用二次电子信号观察样品形貌。

二实验仪器■ KYKY-2800扫描电镜■扫描电子显微镜的主要性能■放大倍数电子束在样品表面扫描的幅度为As,在荧光屏阴极射线同步扫描的幅度为Ac,则扫描电镜的放大倍数为:M二Ac/As。

目前商品化的扫描电镜放大倍数可以从20倍调节到20万倍左右。

■分辨率分辨率是扫描电镜的主要性能指标，它是指分辨两点之间的最小距离。

分辨率大小由入射电子束直径和调制信号类型共同决定。

电子束直径越小，分辨率越高。

由于用于成像的物理信号不同，它们的分辨率也不同。

二次电子像的分辨率约为5・10 nm,背反射由字像的约为50-200nm o寸娥的分辨車则更低。

■景深景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。

电子束孔径角是决定扫描电镜景深的主要因寒它取决手末级透镜的光箱宣径和工作距离。

扫描由饒的末级透镜采用小孔径角，长焦距，所以可以获得很大的景深，它比一般光学显微镜景深大100-500倍，比透射电镜的景深大10倍。

因此用图Array一KYKY—2800型扫描电镜扫描电镜光学系统及成像示意图扫描放大器扫描线圈物镜试样二次电子信号放大器探测器电子枪聚光镜显示器镜筒离子泵图3真空系统放气阀V6 M旁路阀V3 Q I TCsO TC1 TC2 ［扩散泵前级阀V2 Q储气瓶VI阀样品室主阀V5镜筒阀V4=O热偶规TC4挡板扩散泵■冷规SEM基本原理■扫描电镜利用电子枪发射电子束，电子束经过聚焦后在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号（如图4所示），信号经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上显示岀能反映样品表面各种特征的扫描图像的显微镜。

入射电子束IUU-电子束与物质相互作用及产生的信息俄歇电子 二次电子 连续X 射EU000T02 ETU0005〜00「四利用扫描电镜观察样品形貌的操作步骤20 KV 500 X '~100 um~ SEM SN:00仃图5不同失效形式的扫描图像图a为表面失效形式中的波磨失效图b为表面失效形式中的犁沟失效图c为表面失效形式中的剥落失效25 KV 60.OX 1mm KYKY-2800 435" 25 KV 1.50KX 10 um KYKY-2800B SEM SN:0634 图6不同断口形貌的扫描图像25 KV 500 X 100 um KYKY-2800B SEM SN:0651am图7样品组织的扫描图像图a为带有滑移线的奥氏体组织图b为贝氏体组织20 KV 2.00K KYKY-2800BSEM SN:004320 KV 500 X 100 um KYKY-2800B SEM SN:0084。

实验四扫描电镜构造及形貌分析一、目的要求1.了解扫描电子显微镜的结构与构成以及其所包含的功能。

2.了解扫描电子显微镜的实验条件。

3.掌握二次电子、被散射电子、特征X射线产生的机理。

4.掌握扫描电子显微镜的样品前处理。

5.学会分析扫描电子显微镜的数据结果。

二、扫描电镜显微镜的基本结构和工作原理1.扫描电子显微镜的基本结构扫描电子显微镜大体由电子枪、电磁透镜、光阑、扫描线圈、各种探头与数据采集和显示系统组成。

⑴电子枪：常规电子枪的灯丝有钨灯丝、六硼化镧灯丝。

热电子枪由阴极、栅极和阳极组成。

阴极为负电位，发射热电子；栅极为负电位，比阴极电位还负；阳极为正电位，加速热电子。

这三级形成复合场，起聚焦作用，在栅极和阳极间形成一个交叉束斑。

而且斑点越小越有利于提高仪器的分辨能力。

场发射电子枪由阴极为负电位，发射电子；第一阳极为正电位，抽取电子；第二阳极为正电位。

⑵磁透镜：扫描电子显微镜中各电磁透镜是作聚光镜用，即将电子枪产生的电子束束斑缩小。

扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜，其将电子束的光斑缩小，第三个透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。

其目的使样品和透镜间有一定的距离和空间，从而可以装入各种信号探测器。

扫描电子显微镜中照射到样品上的束斑越小，其成像单元尺寸越小，相应的分辨率就越高。

电子光学系统中的象差：①球差：在透镜磁场中，球差是由于远离光轴运动的电子比近轴区域的电子受到强的偏转的缘故。

②色差：电压E的变化或者磁场强度的波动都会改变物点出射电子的聚焦点位置。

③衍射差：电子波动和物镜光阑引起的衍射效应造成的。

④象散：是由于物镜的磁场不是完全的轴对称引起的。

⑶光阑：光阑主要作用：用于过滤电子束中的远轴电子，减小电子透镜球差影响和改变孔径角度，从而调节图像景深，并且减小电子透镜色差影响。

扫描电镜中的光阑包括栅极光阑、阳极光阑和聚光镜光阑、物镜光阑。

⑷扫描线圈：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运动，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。

扫描电镜在细胞形态学与超微结构研究中的应用细胞是生命的基本单位，如何研究细胞的结构和功能一直是生物学领域的热门话题之一。

众所周知，细胞的结构通常只能在显微镜下观察到，而且是非常微小的，这使得传统光学显微镜的放大率受到了极其严格的限制。

为了突破这一限制，科学家们发明了扫描电镜，它不仅可以大大提高细胞结构的分辨率，还可以直接显示细胞的三维形态和超微结构，因此在生物学研究中发挥了极为重要的作用。

一、扫描电镜基本原理扫描电镜是利用电子束扫描样品表面所反射、散射或辐射出的信号来重建样品表面形态的一种显微技术。

通俗来说，扫描电镜就是在样品表面扫描射出电子束，将电子束与样品表面上各种反射、散射、透射、反馈的电子信号，按一定规律进行采集和处理，最终获得具有高分辨率、真实的三维图像的显微技术。

二、扫描电镜在细胞形态学研究中的应用有资料表明，在细胞学及生物医学领域等研究中，扫描电镜的应用已越来越广泛，例如现在在神经科学、发育生物学、肿瘤学、生殖医学、生物材料学、遗传学、病理学、药理学、医学解剖学、免疫学、生物工程和制药industri中都有扫描电镜的应用，为人们提供了非常丰富的细胞结构和超微结构信息，有些细节直接影响到了诊断和治疗。

三、扫描电镜在超微结构研究中的应用扫描电镜的分辨率非常高，能够达到0.1纳米左右，可以非常清晰地展现样品表面的微小特征。

科学家们利用这种特性，发掘了很多生物领域的新发现，例如红细胞、白细胞、神经元、肝细胞、肺细胞、肠细胞、心肌细胞、骨细胞、脑组织等。

四、结语扫描电镜是一项强大的工具，可以提供高等级的细节图像，它已成为细胞学、生物学、医学和其他相关领域的必备工具之一。

在细胞学和超微结构研究中，它已成为重要的技术手段，极大地拓展了我们对细胞结构和功能的了解，并推动了基础科学的发展。