扫描电镜和透射电镜在聚合物研究中的应用

电子显微学报Journal of Chinese Electron Microscopy Society第40卷第2期2021年4月Vol. 40, No. 22021-04文章编号:1000-6281 (2021) 02-0197-06扫描电子显微镜在植物中的应用研究进展赵孟良I ，",任延靖1，23(1.青海大学农林科学院，青海西宁810016；2,青海省蔬菜遗传与生理重点实验室，青海西宁810016；3.青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海西宁810016)摘 要 扫描电子显微镜(SEM)作为一种行之有效的科研分析工具，可对多种植物材料的表面形貌进行观察研究，具有较广的应用范围。

本文论述了扫描电子显微镜样晶的制备以及在植物花器官、种子表皮、种子形态、叶片 表皮、内含物、病原体以及在植物细胞水平的研究进展，并对今后扫描电子显微镜的应用前景进行了展望，以期为利用SEM 从事植物研究的科研人员提供一定的研究思路。

关键词扫描电子显微镜；植物；应用；研究进展中图分类号：S634.3；Q-3 文献标识码：A doi ： 10. 3969/j.issn. 1000-6281. 2021.02. 016自上世纪60年代中期扫描电子显微镜(scanningelectron microscope , SEM )的出现，极大地促进了人类观察微小物质的能力。

扫描电镜作为一种大型精密仪器，为人类对探寻微观世界的奥秘提供了一种新的 研究手段,与光学显微镜相比,扫描电子显微镜在分辨率、景深及微结构分析具有很大优越性⑴，且具有对样品的损伤小、污染轻等特点。

由于扫描电子显微镜突出的优点，目前发展迅速,应用范围极其广泛。

不仅用于植物学、微生物学、食品科学等农学领域,而且还广泛地应用于 材料、石油、陶瓷和化学等领域。

随着SEM 的普及和发展，其已经从高精端的研究逐渐演变发展成为被广泛应用的测试手段之一，并且在多个领域取得了显著成果。

扫描电子显微镜（Scanning Electronic Microscopy, SEM）扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。

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。

目前的扫描电镜都配有X 射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它是当今十分有用的科学研究仪器。

电子束与固体样品的相互作用扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。

通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得对是试样表面性貌的观察。

具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号如下图所示。

电子束和固体样品表面作用时的物理现象一、背射电子背射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。

弹性背反射电子是指倍样品中原子和反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。

非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。

非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。

从数量上看，弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。

背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度，如下图所示。

电子束在试样中的散射示意图背反射电子产额和二次电子产额与原子序束的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm（与电子束斑直径相当）。

背反射电子的产额随原子序数的增加而增加（右图），所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析新貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性进行成分分析。

二、二次电子二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。

扫描电镜和透射电镜的异同化学化工学院 15级应用化学 1032011523043 张文强通俗的说扫描电镜是相当与对物体的照相得到的是表面的只是表面的立体三维的图象因为扫描的原理是“感知”那些物提被电子束攻击后发出的此级电子而透射电竟就相当于普通显微镜只是用波长更短的电子束替代了会发生衍射的可见光从而实现了显微是二维的图象会看到表面的图象的同时也看到内层物质就想我们拍的X光片似的内脏骨骼什么的都重叠着显现出来总结就是透射虽然能看见内部但是不立体扫描立体但是不能看见内部只局限与表面最后写论文的时候就用了扫描电镜的图，你说看主要做形貌，凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过要要注意扫描电镜目前分辨率，看看能否达到实验要求。

两种测试手段的适用情况凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过最好的扫描电镜目前分辨率在0.5~1nm左右。

如果需要进一步观察表面形貌，需要使用扫描探针显微镜SPM（AFM，STM).如果需要对物质内部晶体或者原子结构进行了解，需要使用TEM. 例如钢铁材料的晶格缺陷,细胞内部的组织变化。

当然很多时候对于nm 材料的形搜索态也使用TEM观察。

区别扫描电镜观察的是样品表面的形态，而透射电镜是观察样品结构形态的。

一般情况下，透射电镜放大倍数更大，真空要求也更高。

扫描电镜可以看比较“大”的样品，最大可以达到直径200mm以上，高度80mm左右，而透射电镜的样品只能放在直径3mm 左右的铜网上进行观察。

一、分析信号(1)扫描电镜扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。

当一束高能的入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。

材料表征梳理1.电子显微镜的类型透射电子显微镜（TEM）：透射电镜是投射成像，图像是二维的，靠欠焦形成一定的图像反差。

分辨率可以达到两个埃（0.2nm）的水平扫描电子显微镜（SEM）：扫描电镜是反射成像，图像是三维的，有很好的立体感，但分辨率低于透射电镜，目前指标分辨率可以达到3nm。

主要是利用样品表面产生的二次电子成像来对物质的表面结构进行研究，是探索微观世界的有力工具。

2.二次电子机理扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。

试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。

其中二次电子是最主要的成像信号。

由电子枪发射的能量为 5 ～35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。

聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。

二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。

3.试扼要叙述下列分析技术在聚合物研究方面的应用（10分）SEM：材料的表面形貌，形貌特征。

配合EDX可以获得材料的元素组成信息TEM：材料的表面形貌，结晶性。

配合EDX可以获得材料的元素组成FTIR：主要用于测试高分子有机材料，确定不同高分子键的存在，确定材料的结构。

如单键，双键等等a）SEM；特点：图像景深大，富有立体感。

试样制备比TEM简单。

可做综合分析：SEM装上波长色散X射线谱仪（WDX波谱仪）或能量色散X 射线谱仪（EDX能谱仪）后，在观察扫描形貌图像的同时，可对试样微区进行元素分析。

b）FTIR；傅里叶变换红外光谱研究聚合物物理过程：聚合物结晶熔融（HDPE升温过程中的熔融、ipp升温过程中的熔融、PV A升温过程中的熔融）聚合物玻璃化转变（PS的玻璃化转变）聚合物的结晶（iPS的结晶、聚偏二氟乙烯的拉伸结晶）聚合物的取向（液晶聚氨酯升温过程中的取向）研究聚合物化学过程聚合物的氧化降解机理（SEBS的热氧化）聚合物的化学反应（环氧树脂的）c）AFM；原子力显微镜的样本可以是生理状态的各种物质，在大气条件或溶液中都能进行，因而只需要很少或不需对样品作前期处理，这样就使AFM能观察任何活的生命样品及动态过程。

sem扫描电镜,怎样分析材料结构篇一：扫描电镜材料分析作用扫描电子显微镜在材料分析中的应用摘要:介绍了扫描电子显微镜的工作原理、结构特点及其发展,阐述了扫描电子显微镜在材料科学领域中的应用。

关键词:扫描电子；微镜；材料；应用;SEm’sapplicationinmaterialscienceabstract:Theprinciple,structureanddevelopmentoftheScanningElectronmic roscope(SEm)areintroducedinthisthesis.TheapplicationofSEminthefieldof materialscienceisdiscussed.Keywords:ScanningElectronmicroscope(SEm);material;application；前言：二十世纪60年代以来,出现了扫描电子显微镜(SEm)技术,这样使人类观察微小物质的能力发生质的飞跃。

依靠扫描电子显微镜的高分辨率、良好的景深和简易的操作方法,扫描电子显微镜(SEm)迅速成为一种不可缺少的工具,并且广泛应用于科学研究和工程实践中。

近年来,随着现代科学技术的不断发展,相继开发了环境扫描电子显微镜(ESEm)、扫描隧道显微镜(SEm)、原子力显微镜(aFm)等其它一些新的电子显微技术。

这些技术的出现,显示了电子显微技术近年)子枪);(3)提高真空度和检测系统的接收效率;(4)尽可能减小外界振动干扰。

目前,采用钨灯丝电子枪扫描电镜的分辨率最高可以达到 3.0nm;采用场发射电子枪扫描电镜的分辨率可达1nm。

到20世纪90年代中期,各厂家又相继采用计算机技术,实现了计算机控制和信息处理。

2.1场发射扫描电镜采用场发射电子枪代替普通钨灯丝电子枪,这项技术从1968年就已开始应用,这项技术大大提高了二次电子像分辨率。

近几年来,各厂家采用多级真空系统(机械泵+分子泵+离子泵),提高了真空度,真空度可达10～7Pa;同时,采用磁悬浮技术,噪音振动大为降低，灯丝寿命也有增加。

扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM) 扫描电镜(SEM)就是介于透射电镜与光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段,可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。

扫描电镜的优点就是,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。

目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置,这样可以同时进行显微组织性貌的观察与微区成分分析,因此它就是当今十分有用的科学研究仪器。

电子束与固体样品的相互作用扫描电镜从原理上讲就就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描,激发出各种物理信息。

通过对这些信息的接受、放大与显示成像,获得对就是试样表面性貌的观察。

具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后,可产生多种物理信号如下图所示。

电子束与固体样品表面作用时的物理现象一、背射电子背射电子就是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子,其中包括弹性背反射电子与非弹性背反射电子。

弹性背反射电子就是指倍样品中原子与反弹回来的,散射角大于90度的那些入射电子,其能量基本上没有变化(能量为数千到数万电子伏)。

非弹性背反射电子就是入射电子与核外电子撞击后产生非弹性散射,不仅能量变化,而且方向也发生变化。

非弹性背反射电子的能量范围很宽,从数十电子伏到数千电子伏。

从数量上瞧,弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。

背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度,如下图所示。

电子束在试样中的散射示意图背反射电子产额与二次电子产额与原子序束的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm(与电子束斑直径相当)。

背反射电子的产额随原子序数的增加而增加(右图),所以,利用背反射电子作为成像信号不仅能分析新貌特征,也可以用来显示原子序数衬度,定性进行成分分析。

二、二次电子二次电子就是指背入射电子轰击出来的核外电子。