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蔡司、日本電子、賽默飛
原理
用一束極細的電子束掃描樣品，在樣品表面激發(fā)出次級電子，次級電子的多少與電子束入射角有關，也就是說與樣 品的表面結構有關，次級電子由探測體收集，并在那里被閃爍器轉變?yōu)楣庑盘?，再?jīng)光電倍增管和放大器轉變?yōu)殡娦盘杹砜刂茻晒馄辽想娮邮膹姸龋@示出與電子束同步的掃描圖像。圖像為立體形象，反映了標本的表面結構。
SEM是用來看微觀形貌的，觀察表面的形態(tài)、斷口、微裂紋等等
應用
掃描電子顯微鏡是一種多功能的儀器,具有很多*的性能,是用途廣泛的一種儀器,它可以進行如下基本分析:
(1)三維形貌的觀察和分析;
(2)在觀察形貌的同時,進行微區(qū)的成分分析。
①觀察納米材料。所謂納米材料就是指組成材料的顆粒或微晶尺寸在0. 1～100 nm范圍內(nèi),在保持表面潔凈的條件下加壓成型而得到的固體材料。納米材料具有許多與晶態(tài)、非晶態(tài)不同的、的物理化學性質。納米材料有著廣闊的發(fā)展前景,將成為未來材料研究的重點方向。掃描電子顯微鏡的一個重要特點就是具有很高的分辨率,現(xiàn)已廣泛用于觀察納米材料。
②進行材料斷口的分析。掃描電子顯微鏡的另一個重要特點是景深大,圖象富有立體感。掃描電子顯微鏡的焦深比透射電子顯微鏡大10倍,比光學顯微鏡大幾百倍。由于圖象景深大,故所得掃描電子象富有立體感,具有三維形態(tài),能夠提供比其他顯微鏡多得多的信息,這個特點對使用者很有價值。掃描電子顯微鏡所顯示的斷口形貌從深層次、高景深的角度呈現(xiàn)材料斷裂的本質,在教學、科研和生產(chǎn)中,有不可替代的作用,在材料斷裂原因的分析、事故原因的分析以及工藝合理性的判定等方面是一個強有力的手段。
③直接觀察大試樣的原始表面。它能夠直接觀察直徑100 mm, 高50 mm, 或更大尺寸的試樣, 對試樣的形狀沒有任何限制, 粗糙的表面也能觀察, 這便免除了制備樣品的麻煩,而且能真實觀察試樣本身物質成分不同的襯度(背反射電子象)。
④觀察厚試樣。其在觀察厚試樣時,能得到高的分辨率和最真實的形貌。掃描電子顯微的分辨率介于光學顯微鏡和透射電子顯微鏡之間。但在對厚塊試樣的觀察進行比較時, 因為在透射電子顯微鏡中還要采用復膜方法, 而復膜的分辨率通常只能達到10 nm, 且觀察的不是試樣本身,因此,用掃描電子顯微鏡觀察厚塊試樣更有利, 更能得到真實的試樣表面資料。
⑤觀察試樣的各個區(qū)域的細節(jié)。試樣在樣品室中可動的范圍非常大。其他方式顯微鏡的工作距離通常只有2～3cm,故實際上只許可試樣在兩度空間內(nèi)運動。但在掃描電子顯微鏡中則不同,由于工作距離大(可大于20 mm) ,焦深大(比透射電子顯微鏡大10倍) ,樣品室的空間也大,因此,可以讓試樣在三度空間內(nèi)有6個自由度運動(即三度空間平移,三度空間旋轉) ,且可動范圍大,這對觀察不規(guī)則形狀試樣的各個區(qū)域細節(jié)帶來極大的方便。
⑥在大視場、低放大倍數(shù)下觀察樣品。用掃描電子顯微鏡觀察試樣的視場大。在掃描電子顯微鏡中,能同時觀察試樣的視場范圍F由下式來確定:F=L/M
式中F——視場范圍;
M——觀察時的放大倍數(shù);
L——顯象管的熒光屏尺寸。 若掃描電鏡采用30 cm ( 12英寸)的顯象管,放大倍數(shù)15倍時,其視場范圍可達20 mm。大視場、低倍數(shù)觀察樣品的形貌對有些領域是很必要的,如刑事偵察和考古。
⑦進行從高倍到低倍的連續(xù)觀察。放大倍數(shù)的可變范圍很寬,且不用經(jīng)常對焦。掃描電子顯微鏡的放大倍數(shù)范圍很寬(從5到20萬倍連續(xù)可調) ,且一次聚焦好后即可從高倍到低倍,從低倍到高倍連續(xù)觀察,不用重新聚焦,這對進行事故分析特別方便。
⑧觀察生物試樣。因電子照射而發(fā)生試樣的損傷和污染程度很小。同其他方式的電子顯微鏡比較,因為觀察時所用的電子探針電流小(一般約為10- 10～10- 12A)電子探針的束斑尺寸小(通常是5 nm到幾十納米) ,電子探針的能量也比較小(加速電壓可以小到2 kV ) ,而且不是固定一點照射試樣,而是以光柵狀掃描方式照射試樣,因此,由于電子照射而發(fā)生試樣的損傷和污染程度很小,這一點對觀察一些生物試樣特別重要。
⑨進行動態(tài)觀察。在掃描電子顯微鏡中,成象的信息主要是電子信息。根據(jù)近代的電子工業(yè)技術水平,即使高速變化的電子信息,也能毫不困難的及時接收、處理和儲存,故可進行一些動態(tài)過程的觀察。如果在樣品室內(nèi)裝有加熱、冷卻、彎曲、拉伸和離子刻蝕等附件,則可以通過電視裝置,觀察相變、斷裂等動態(tài)的變化過程。10從試樣表面形貌獲得多方面資料。在掃描電子顯微鏡中,不僅可以利用入射電子和試樣相互作用產(chǎn)生各種信息來成象,而且可以通過信號處理方法,獲得多種圖象的特殊顯示方法,還可以從試樣的表面形貌獲得多方面資料。因為掃描電子象不是同時記錄的,它是分解為近百萬個逐次依此記錄構成的,因而使得掃描電子顯微鏡除了觀察表面形貌外,還能進行成分和元素的分析,以及通過電子通道花樣進行結晶學分析,選區(qū)尺寸可以從10μm到2μm。
由于掃描電子顯微鏡具有上述特點和功能,所以越來越受到科研人員的重視,用途日益廣泛。掃描電子顯微鏡已廣泛用于材料科學(金屬材料、非金屬材料、納米材料)、冶金、生物學、醫(yī)學、半導體材料與器件、地質勘探、病蟲害的防治、災害(火災、失效分析)鑒定、刑事偵察、寶石鑒定、工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質量鑒定及生產(chǎn)工藝控制等。
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