扫描电镜SEM|产品百科

　　扫描电镜SEM（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种非常重要的微观结构物质分析技术。扫描电镜可用于表面形貌、粒子形态和晶体结构等的研究，也可用于纳米材料、材料构造和元素分布等的分析。该技术依靠电子束与样品表面相互作用产生的信号进行物质的分析。

 

　　本文主要介绍SEM的原理、技术应用及SEM的样品制备，帮助读者掌握SEM的基本知识和技能，扫描电镜是一项非常重要的分析技术，对于材料科学、化学、生物学、医学等领域的研究具有十分重要的意义。

 

　　二、原理

 

　　扫描电子显微镜（SEM）的原理是以透镜聚束中的电子束为探针，通过对样品表面的扫描和表面反射和散射电子信号的收集及成像等技术，获得样品表面三维形貌和成分分析等信息。SEM的工作基于材料表面和体积中的电荷相互作用是一种强电子束与样品材料之间的相互作用，它能够探测到样品表面或者材料体积表面上的高速电子的反射，透射及散射衍射现象。SEM中的电子束通过物质内部的散射来形成显微照片，这种散射可以将电子束与样品中元素的反射结合起来，从而得到不同成分分布的三维形貌的分析图像。

 

　　SEM的工作基于扫描电镜显微镜质子和电子的微观过程，在特殊的交变电场和束源中，电子通过电场和磁场的相互作用移动并且聚合在一起，形成一个能量较高的电子束，这个电子束可以通过金属网孔等物质主体进入到样品内部。

 

　　电子在样品内部运动时，会与样品中原子、分子等物质相互作用，从而激发出样品中的电子，这些电子可以被探测器接收。通过探测器接收样品中散射的电子，可以获取样品的表面或者内部的信息。SEM利用高能电子束束流扫描管道，通过该系统中的电磁场调节束流的大小及位置，从而精确地控制所扫描的区域之间的距离以及大小等参数，这种控制使得SEM能够对样品表面进行高分辨率的扫描。

 

　　三、技术应用

 

　　1.表面形貌研究

 

　　SEM是研究表面形貌的非常有效的技术之一。它通过高分辨率的探测工具，可用于表面纹理、荷电结构等的分析，同时SEM技术在发现新材料的时候，能够协助研究人员直接探测到材料表面的结构，从而为相关技术的研究奠定了基础。

 

　　2.纳米材料研究

 

　　SEM在纳米材料研究方面具有重要作用。如，利用SEM观察金颗粒的形态、尺寸、配位、被染色样品的核糖体、细胞等，对纳米粒子进行观察和表征解析等。利用SEM技术可实现“可视化”，即在Nanometer级别得到粒度和材料的形态、尺寸、配合度等信息。

 

　　3.微结构研究

 

　　SEM可用于研究各种材料的微结构。其中，“微结构”是指材料的表面、内部以及晶格等的结构，包括材料的晶界、界面以及基本的结晶格子等。通过SEM技术，可用高分辨率观察微结构中的细节信息。

 

　　4.元素分析

 

　　SEM也可以用于样品表面元素分析。样品表面的元素可以通过高分辨率的电子束与样品相互作用，产生散射或者X射线谱等反应，并用探测器收集，从而获得样品表面的化学特征。这种化学特征可以用于元素特征分析或者分析分子之间的反应特征。

 

　　四、样品制备

 

　　SEM需要进行比较严格的样品制备工作，样品制备直接影响SEM成像质量和精度。

 

　　1.样品表面的准备

 

　　样品的制备需要在尽可能少的破坏材料和样品表面的情况下，维护其结构和形貌等特征，保持其表面的平整度和透明度。样品表面准备得好，能够获得高质量的SEM成像结果。样品表面的准备可采用化学清洗、中性化、刮擦、抛光等方法。

 

　　2.样品的包埋

 

　　包埋的目的是固定材料的微观结构，固定后，样品可经受SEM操作的各种压力影响。在样品包埋过程中，应首先检查样品厚度与样品质量，对于不同材料的包埋体选择适当的嵌入剂进行处理。嵌入剂选用合适则可以使样品表面光滑度提升，杜绝在成像过程中的干扰和影响等。

 

　　3.样品切片

 

　　切片是 SEM 成像过程的关键之一，利用显微刀从嵌入剂中切片得到的样品，这些样品需要在前处理阶段中非常细致的进行处理，以清除不必要的嵌入剂和杂质，以保证样品是平整的，容易与 SEM 中的电子束相互作用。

 

　　4.样品镀膜

 

　　当样品表面存在一些标记，用显微技术进行研究时，样品表面需要进行薄金属热蒸汽沉积涂覆，这样可以在样品表面形成一层金属薄膜，增加样品的电导性，使SEM更容易在样品表面核实和定位所需要的位置。

 

　　五、总结

 

　　随着科研技术的不断进步，扫描电镜SEM使用越来越广泛，这可以突出分析样品表面成分、微结构分析的过程。需要指出的是，不同的扫描电镜有其的优势、应用和不足之处，当我们选择 SEM 的时候，要根据需要对应的操作函数进行选择，以使所得成像结果更加理想。希望此次文章对SEM技术等方面的知识有所帮助，让读者能够进一步了解SEM技术的应用。

 

　　1、分辨率

 

　　SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，这里电子束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺寸。对同样品距的二个颗粒，电子束直径越小，越得到好的分辨效果，电子束直径越小，信噪比越小。

 

　　2、放大倍数

 

　　在显像管中电子束在荧光屏上最大扫描距离和在镜筒中电子束针在试样上最大扫描距离的比值

 

　　3、焦深

 

　　SEM的焦深是较好光学显微镜的300-600倍。焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚焦。

 

　　4、工作距离

 

　　从物镜到样品最高点的垂直距离。

 

　　如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下获得更大的场深。

 

　　如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况下获得更高的分辨率。

 

　　通常使用的工作距离在5mm-10mm之间。

 

　　5、作用体积

 

　　电子束不仅仅与样品表面原子发生作用，它实际上与一定厚度范围内的样品原子发生作用，所以存在一个作用“体积”。作用体积的厚度因信号的不同而不同。