sem扫描电镜,怎样分析材料结构

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’sapplicationinmaterialscience

abstract: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。场发射扫描电镜的特点是二次电子像分辨率高,可达到1nm。如果采用低加速电压技术,在TV状态下背散射电子(BSE)成像良好,对于未喷涂非导电样品也可得到高倍像。所以,场发射扫描电镜将对半导体器件、精密陶瓷材料、氧化物材料等的发展起到很大的作用[9]。

2.2环境扫描电镜(ESEm)

低真空扫描电镜样品室最高低真空压力为400Pa,现在有厂家使用专利技术,使样品室的低真空压力达到2600Pa,也就是样品室可容纳分子更多,在这种状态下,可配置水瓶向样品室输送水蒸气或输送混合气体,若跟高温或低温样品台联合使用则可模拟样品的周围环境,结合扫描电镜观察,可得到环境条件下试样的变化情况。环扫实现较高的低真空,其核心技术就是采用两级压差光栅和气体二次电子探测器,还有一些其它相关技术也相继得到完善。它是使用1个分子泵和2个机械泵,2个压差(压力限制)光栅将主体分成3个抽气区,镜筒处于高真空,

样品周围为环境状态,样品室和镜筒之间存在一个缓冲过渡状态。使用时,高真空、低真空和环境3个模式可根据情况任意选择,并且在3种情况下都配有二次电子探测器,都能达到3.5nm的二次电子图像分辨率。ESEm的特点是:(1)非导电材料不需喷镀导电膜,可直接观察,分析简便迅速,不破坏原始形貌;(2)可保证样品在100%湿度下观察,即可进行含油含水样品的观察,能够观察液体在样品表面的蒸发和凝结以及化学腐蚀行为;(3)可进行样品热模拟及力学模拟的动态变化实验研究[10~15],也可以研究微注入液体与样品的相互作用等。因为这些过程中有大量气体释放,只能在环扫状态下进行观察。环境扫描电镜技术拓

展了电子显微的研究领域。

3.扫描电镜在材料研究中的应用

3.1材料的组织形貌观察

材料剖面的特征、零件内部的结构及损伤的形貌,都可以借助扫描电镜来判断和分析。反射式的光学显微镜直接观察大块试样很方便,但其分辨率、放大倍数和景深都比较低。而扫描电子显微镜的样品制备简单,可以实现试样从低倍到高倍的定位分析,在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动,还能够根据观察需要进行空间转动,以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系统的观察分析;扫描电子显微图像因真实、清晰,并富有立体感,在金属断口(图4)和显微组织三维形[16~20](如图3)的观察研究方面获得了广泛地应用。

图3用SEm观察集成电路芯片的剖面多层结构图

图4用SEm观察环氧树脂断口图

3.2镀层表面形貌分析和深度检测

金属材料零件在使用过程中不可避免地会遭受环境的侵蚀,容易发生腐蚀现象。为保护母材,成品件,常常需要进行诸如磷化、达克罗等表面防腐处理。有时为利于机械加工,在工序之间也进行镀膜处理。由于镀膜的表面形貌和深度

篇二:SEm在材料分析中的应用

SEm在材料分析中的应用

扫描电子显微镜(简称扫描电镜,英文缩写为SEm)是一种大型的分析仪器,广泛应用在材料科学、生命科学、物理学、化学等学科领域。近年来在扫描电镜上相继安装了许多专用附件,如:能谱仪(EdX)、波谱仪(wdX)、电子衍射仪(Ed)等,使扫描电镜成为一种多功能的、快速、直观、综合的表面分析仪器[1]。

1扫描电镜的工作原理

扫描电镜主要由电子枪、电磁透镜、物镜、扫描线圈、信号收集及显示装置等组成。其工作原理为:由电子枪发射电子,以交叉斑作为电子源,经二级透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。试样在电子束作用下,激发出各种信号,信号强度取决于试样表面状况。这些信号被探测器收集并经视频放大后输入显像管栅极,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电子图像[2]。

2扫描电镜的特点

(1)制样方法简单。

对表面清洁的导电材料可直接进行观察;表面清洁的非导电材料只要在表面蒸镀一层导电层即可观察。

(2)场深大,三百倍于光学显微镜。

适用于粗糙表面和断口,甚至孔洞缝隙中细微情况的观察。图像富有立体感,易于识别和解释。

(3)放大倍数在15-200000倍范围内连续可调,分辨率高,能达到3-6nm。

(4)可进行多功能分析。

采用双放大倍数装置或图像选择器,可在荧光屏上同时观察不同放大倍数或不同形式的图像。可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态实验,观察各种环境条件下的相变及形态变化等[3]。

3影响扫描电镜成像的因素及控制

3.1加速电压

在控制图像质量的调节过程中,首先要考虑的是电子照明源的加速电压的选择问题。这是因为加速电压越大,电子束越容易聚焦得更细,束流也越大。由此可见,采用高的加速电压,对提高图像的分辨率和信噪比是有利的。但是,如果观察的对象是高低不平的表面或深孔,为了减小入射电子束的贯穿深度和散射体积,从而改善在不平表面上所获得图像的清晰度,采用较低的加速电压是适宜的,对于容易发生充电的非导体试样或容易烧伤的有机、生物试样,也宜采用低的加速

电压[4,5]。

3.2发射电流

扫描电镜的发射电流对图像的信噪比和分辨率有着决定性的影响,高的发射电流对提高图像的分辨率是有利的,但对信噪比不利,如果采用低的发射电流则刚好相反。为了兼顾分辨率和信噪比这种相互矛盾的关系,选择适中的发射电流强度是十分重要的。一般方法是:先选择中等水平的发射电流,如果所观察试样要求的放大倍数不高,并且图像的主要矛盾是信噪比不够,则可以采用较小的发射电流;如果要求的放大倍数较高,并且图像质量的主要矛盾是在分辨率,则应逐步增加电流值,获得清晰的图像。一般来说,随着所观察试样的放大倍数增加,图像清晰度本身所要求的分辨率也相应增加,故观察倍数越高,越适宜采用大的发射电流[6]。

3.3束斑尺寸

在扫描电镜中,束斑的尺寸决定了图像的分辨率,束斑的尺寸越小,图像的分辨率越高。一般来说,理想的束斑尺寸是指相邻的扫描线接触得非常好,图像能聚焦得很清楚。如果束斑尺寸太大,则会出现扫描线重合,而图像无法聚焦;但如果束斑尺寸太小,则图像中电噪声太大,图像聚焦和消像散非常困难,另外,可能使试样表面上一些重要信息被忽视。束斑过大,焦距无法调整,而束斑过小,电噪声非常大,图像很模糊。由此可见,不同束斑对图像质量的影响。

3.4工作距离

扫描电镜工作时,为了获得高的图像分辨率,通常采取小的工作距离

进行观察,因为工作距离缩短,电子束受外界的干扰也就小,比如外界的磁场和振动的干扰。但如果要观察的试样表面高低不平,要获得较大的焦深,采用大的工作距离是必要的,不过图像的分辨率可能会有所下降。一般情况下的观察,只要兼顾了焦深和分辨率,对工作距离没有特殊要求,10~20mm都可以;但如果观察的图像要求高分辨率或者放大倍数大于2万倍,则工作距离应该选择在5~7mm。另外,对于表面粗糙的试样,工作距离要选择大于10mm,以取得足够的焦深。

3.5其他

在扫描电镜成像过程中,除了以上几个需要控制的因素外,还有扫描速度、图像反差、亮度等都对图像质量有一定影响。因此,成像时也要对此适当控制。尤其是在高倍成像时,束斑尺寸只能选择小的,如果选择较快的扫描速度,图像上的“雪花点”就会很大(电噪声大),无法看清图像上的细节,所以只能选择慢扫描,但在慢扫描时,聚焦和消像散调节就比较困难,此时需要仔细操作。至于图像的反差、亮度,不仅取决于试样本身,很大程度上还取决于个人的喜好,但经过大量的统计和经验表明,一幅悦目图像的反差应在15~30(二次电子像)或65~75(背散射像)之间;亮度应在20~50之间。

4扫描电镜在材料分析中的应用

4.1扫描电镜在无机非金属材料研究中的应用

无机非金属材料种类繁多主要包括陶瓷玻璃、耐火材料、铸石、水泥和混凝土及复合材料等。它们的结构复杂,性能各异。利用电镜可以

对上述材料的显微结构进行观察与分析,对它们的物理与化学及使用性能做出直观的评价,为改善材料性能途径的研究提供可靠的依据,同时电镜在生产工艺过程的控制,新材料设计与研制等许多方面都发挥了重要作用[3]。

陶瓷属于多晶体,其物相种类又分为晶相、玻璃和气相,依其存在的数量与分布上的差异,将赋予陶瓷不同的性能。陶瓷中晶粒的细化和均化对材料某些性能的稳定和提高有十分重要的意义。可通过对粉体的处理使之保持较狭窄的粒级分布(如过筛),或引入合适的第二相以及均匀地加压成型,预烧等手段来实现,

但有时处理不当,也会发生晶体异常生长现象。利用SEm可以观察到晶粒的改变,从而对预烧进行监控,获得性能较好的陶瓷。

耐火材料显微结构的形成是由生产过程中的物理化学变化和机械加工因素决定的,同类型耐火材料显微结构的差异将影响耐火制品的技术性能和使用效果。借助扫描电镜的观察,我们可通过调整工艺参数来设计合理的显微结构以提高耐火材料的性能和延长使用寿命。

玻璃材料显微结构分析的主要研究对象是玻璃体内各种缺陷:如气孔、结石、玻璃分相、玻璃微晶化等。在传统的玻璃工艺中视气孔为一种缺陷.随着科技的发展,多孔玻璃因其具有孔隙率高、孔径可调、化学稳定性好、隔音、隔热、吸附性能好等优点,被广泛应用于建材、环保、化工、生物学等领域。多孔玻璃的使用性能受到气孔的形状,孔径及分布的影响。利用电镜观察孔径100纳米以上的多孔玻璃能直观地呈现孔的结构和对比度。利用SEm对孔径进行观察,说明孔径

是由成孔剂颗粒大小所决定的。

水泥材料是一种多相、多组分、多孔隙的非均质材料,热料及水化产物的显徽结构不仅复杂。而且容易受矿物绷粒大小、环境条件、水灰比、养护制度和外加剂等因素的影响。同时,水化产物的种类、数量、形貌以及晶体生长情况又影响粉水泥的强度等特性。例如,由交织附生的纤维状、针状、棱柱状以及六方板状等水化产物构成的硬化水泥将强度较高,而由立方体或似球状多面体水化物构成的则强度低。粉煤灰水泥是由硅胶盐水泥熟料和粉煤灰,适量石膏磨细制成的。其凝结过程是水泥熟料先水化,然后粉煤灰中的活性Sio2和al2o3与熟料矿物水化释放出的ca(oH)2相反应。由于粉煤灰的球形玻璃体较稳定,表面又相当致密,不易水化,在水化7天后的粉煤灰颗粒表面,几乎没有变化,直至28天,刚能见到表面开始初步水化,略有凝胶状水化物出现,在水化90天后,粉煤灰颗粒表面开始生成大量的水化硅酸钙凝胶体,它们相互交叉连接,形成很好的粘接强度。这就是粉煤灰水泥早期强度较低,而后期强度较高的原因。

4.2扫描电镜在昆虫学研究中的应用

应用电镜技术研究昆虫的超微形态结构,对于昆虫分类学、昆虫生理学、昆虫病理学等基础学科以及资源昆虫利用,农业害虫防治等具有重要意义。近十年来,我们应用扫描电镜和透射电镜先后观察了50余种昆虫成虫、卵、幼虫、蛹

的超微形态,探讨超微形态在昆虫分类上的意义,同时,结合昆虫生理学和分子生物学技术手段研究昆虫超微结构与生理功能的关系,获

得了一系列成果,为昆虫学基础理论和应用研究的发展提供了大量研究资料[7]。

4.2.1农业昆虫研究

SEm观察了茶尺蠖、菜粉蝶、蚜虫、野蚕、桑粉虱、黑刺粉虱、螨类等重要农作物害虫的超微形态,发现了一些具有分类学意义的结构特征,同时还研究了病原微生物作用于昆虫宿主细胞的病理过程,为农业害虫的生物防治提供了基础理论资料。

4.2.2城市昆虫研究

SEm观察了30种白蚁的翅面微观结构,发现了一些翅面微刻点新类型,进一步完善了利用翅面微刻点进行白蚁分类的方法,为控制白蚁的危害提供了理论资料。此外还对多种蝇类进行了SEm和TEm观察,为法医昆虫学提供了基础研究资料。

4.3能谱仪的应用

能谱仪在主要用于试样元素的鉴别、半定量分析以及元素在整个视场的分布,主要有3种表述方式:点、区域元素的半定量分析(主要应用于缺陷、未知样的判断、局部元素的偏析等);元素面、线分布图(了解元素的分布情况,可以判断是否均匀,另外可以判断镀层的厚度及分布);对于铝土矿主要应用点、元素面分布图来鉴别矿物的组成以及微量未知矿物的存在[8]。

带能谱分析的扫描电镜在进行成分分析时,由于不需要进行标样,节省大量校准时间,且一次谱线分析就可得到可测的全部元素。在观察试样形貌的同时就可以快速进行元素的定量、定性分析[9]。

合成纤维种类繁多,随着技术的发展,各种功能纤维不断地涌现。为了加快新产品开发的速度,对各种纤维的剖析显得尤为重要。且合成纤维粗细不一,截面直径从几个微米到几十微米不等,属于微观分析的范畴,扫描电镜观察和能谱分析是一种比较合适的手段。因合成纤维等高分子材料本身不导电,如果用能谱仪的图像采集功能采集图像,虽然经过样品处理,但图像的衬度仍不能满足图像分析的要求。为了满足新产品开发的需要,我们直接采用扫描电镜的二次电子像来进行图像分析,从而开辟了一条合成纤维分析的捷径[10]。

篇三:扫描电镜(材料分析方法)技术指导

第十三章扫描电子显微镜

一、扫描电镜的特点和工作原理

自从1965年第一台商用扫描电镜问世后,它得到了迅速发展。其原因在于扫描电镜弥补了透射电镜的缺点,是一种比较理想的表面分析工具。透射电镜目前达到的性能虽然很高,如分辨本领优于0.2~0.3nm,放大倍数几十万倍,除放大成像外还能进行结构分析等,但其有一个最大的缺点就是对样品要求很高,制备起来非常麻烦。而且,样品被支撑它的铜网蔽住一部分,不能进行样品欲测区域的连续观察。扫描电镜则不然,,已可直接观察大块试样,样品制备非常方便。加之扫描电镜的景深大、放大倍数连续调节范围大,分辨本领比较高等特点,所以它成为固体材料样品表面分析的有效工具,尤其适合于观察比较粗糙的表面如材料断口和显微组织三维形态。扫描电镜不仅能做表面形貌分析,而且能配置各种附件,做表面成分分析及表层晶

体学位向分析等。

扫描电镜的成像原理,和透射电镜大不相同,它不用什么透镜来进行放大成像,而是象闭路电视系统那样,逐点逐行扫描成像。

图1是扫描电镜工作原理示意图。由三极电子枪发射出来的电子束,在加速电压作用下,经过2~3个电子透镜聚焦后,在样品表面按顺序逐行进行扫描,激发样品产生各种物理信号,如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。这些物理信号的强度随样品表面特征而变。它们分别被相应的收集器接受,经放大器按顺序、成比例地放大后,送到显像管的栅极上,用来同步地调制显像管的电子束强度,即显像管荧光屏上的亮度。由于供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也就是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源,此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。因此,样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。这样,在长余辉荧光屏上就形成一幅与样品表面特征相对应的画面一一某种信息图,如二次电子像、背散射电子像等。画面上亮度的疏密程度表不该信息的强弱分布。

图1扫描电镜工作原理

二、电子束与固体样品作用时产生的信号:

扫描电镜成像所用地物理信号是电子束轰击固体样品而激发产生的。具有一定能量的一束电子射到试样上,电子与物质相互作用,当电子的运动方向被改变时,称为散射。但当电子只改变运动方向而电子的能量不发生变化时,称为弹性散射。如果电子的运动方向和能量同时

发生变化,称为非弹性散射。现将扫描电镜(包括电子探针)常用的各种物理信号讨论如下。

电子与试样相互作用可以得到图2所示的各种信息。

图2入射电子轰击样品产生的物理信号图3电子能谱

1、背散射电子:

背散射电子是被固体样品中原子反射回来的一部分入射电子,又叫做反射电子或初级背散射电子。它又分弹性背散射电子和非弹性背散射电子,弹性背散射电子是指只受到样品中原子核单次或很少几次大角度弹性散射后即被反射回来的入射电子,能量没有发生变化(能量没有损失或基本上没有损失)。由于入射电子的能量很高,所以弹性背散射电子的能量能达到数千到数万电子伏。非弹性背散射电子是指受样品原子核外电子多次非弹性散射而反射回来(反弹出样品表面)的初级电子,不仅方向改变,能量也有不同程度的损失。非弹性散射电子的能量分布范围很宽,从数十电子伏直到数千电子伏。从数量上看,弹性背散射电子远比非弹性散射电子所占的份额多。背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围。由于它的产额能随样品原子序数增大而增多,所以不仅能用作形貌分析,而且可以用来显示原子序数衬度,定性地用作成分分析。

(入射电子与试样作用,产生弹性或非弹性散射后离开试样表面的电子称为背散射电子。通常背散射电子的能量较高,基本上不受电场的作用而呈直线运动进入检测器。背散射电子的强度与试样表面形貌和组成元素有关。)

2、二次电子:

在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子,即二次电子是被入射电子轰击出来的样品核外电子,又称为次级电子。二次电子是一种真空中的自由电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小,因此,外层的电子比较容易和原子脱离,使原子电离。一个能量很高的入射电子射入样品时,可以产生许多自由电子、这些自由电子中90%是来自样品原子外层的价电子。

如果在样品上方装一个电子检测器来检测不同能量的电子,结果如图3所示。材

料不同的电子能谱具有相似的形式。图3所示的电子能谱说明,二次电子的能量比较低,一般小于50eV(大多数二次电子只带有几个电子伏的能量,在用二次电子收集器收集二次电子时,往往也会把极少量的非弹性背散射电子一起收集进去。事实上这两者是无法区分的);背散射电子的能量比较高,其约等于入射电子能量E0;在二次电子峰和弹性背散射电子峰之间存在着由非弹性背散射电子组成的背景,在背景上可看到一些微弱的特征能量俄歇电子峰和特征能量损失电子峰。

二次电子一般都是在表层5~10nm深度范围内发射出来的,它队样品的表面形貌十分敏感。因此,能非常有效的显示样品的表面形貌。二次电子的产额和原子序数之间没有明显的依赖关系,所以不能用它来进行成分分析。

入射电子射到试样后,使表面物质发生电离,被激发的电子离开试样

表面而形成二次电子。二次电子的能量较低。在电场的作用下可呈曲线运动翻越障碍进入检测器,因而能使试样表面凹凸的各个部分都能清晰成像。二次电子的强度与试样表面的几何形状、物理和化学性质有关。

3、吸收电子:

吸收电子是随着与样品中原子核或核外电子发生非弹性散射次数的增多,其能量和活动能力不断下降以致最后被样品所吸收的入射电子。在样品与地之间接一灵敏度高的电流表,即可观察到样品所吸收的电子强度,所以吸收电子又叫做样品电流。假定入射电子电流强度为i0,背散射电子流强度ib,二次电子流强度为is,则吸收电子产生的电流强度为ia=i0-(ib+is)。由此可见,入射电子束和样品作用后,若逸出表面的背散射电子和二次电子数量越少,则吸收电子信号强度越大。若把吸收电子信号调制成图象,则它的衬度恰好和二次电子或背散射电子信号调制的图象衬度相反。

入射电子与试样作用后,由于非弹性散射失去了一部分能量而被试样吸收,称为吸收电子,吸收电子与入射电子强速之比和试样的原子序数、入射电子的入射角、试样的表面结构有关。当电子束入射一个多元素的样品表面时,由于不同原子序数部位的二次电子产额基本上是相同的,则产生背散射电子较多的部位(原子序数大),其吸收电子的数量就较少,反之亦然。因此,吸收电子能产生原子序数衬度,同样也可以用来进行定性的微区成分分析。

4、透射电子:

当试样很薄时,入射电子与试样作用引起弹性或非弹性散射透过试样的电子称为透射电子。这里所指的透射电子是采用扫描透射操作方式对薄样品成像和微区成分分析时形成的透射电子。这种透射电子是由直径很小(失电子)和分析区域的成分有关,因此,可以利用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行微区成分分析。

综上所述,如果使样品接地保持电中性,那么入射电子激发固体样品产生的四种电子信号强度与入射电子强度之间必然满足以下关系:ib +is+ia+it=i0(13-1),式中:ib为背散射电子信号强度;is为二次电子信号强度;ia为吸收电子(或样品电流)信号强度;it为透射电子信号强度。

把式(13-1)改写成:(13-2)

式中η=ib/i0,叫做背散射系数;δ=is/i0,叫做二次电子产额(或发射系数);α=ia/i0,叫做吸收系数;τ=it/i0,叫做透射系数。对于给定的材料,当入射电子能量和强度一定时,上述四项系数与样品质量厚度之间的关系,如图4所示。从图上可以考到,随样品质量厚度ρt的增大,透射系数τ下降,而吸收系数α增大;样品背散射系数和二次电子发射系数的和也越大,但达一定值时保持定值。不同材料的曲线形状大体相似。当样品厚度超过有效穿透深度后,透射系数等于零。这就是说,对于大块试样,样品同一部位的吸收系数,背散射系数和二次电子发射系数三者之间存在互补关系。背散射电子信号强度,二次电子信号强度和吸收电子信号强度分别与η、δ、和α成正比,但由于二次电子信号强度与样品原子序数没有确定的关系,

因此可以认为,如果样品微区背散射电子信号强度大,则吸收电子信号强度小,反之亦然。

图4铜样品η、δ、α及τ系数与ρt之间的关系(入射电子能量E0=10keV)

5、特征X射线:

SEM在材料分析中的应用

SEM 在材料分析中的应用 扫描电子显微镜 (简称扫描电镜 ,英文缩写为SEM)是一种大型的分析仪器 ,广 泛应用在材料科学、生命科学、物理学、化学等学科领域。近年来在扫描电镜上 相继安装了许多专用附件,如:能谱仪 (EDX) 、波谱仪 (WDX) 、电子衍射仪 (ED) 等, 使扫描电镜成为一种多功能的、快速、直观、综合的表面分析仪器[1] 。 1扫描电镜的工作原理 扫描电镜主要由电子枪、电磁透镜、物镜、扫描线圈、信号收集及显示装置 等组成。其工作原理为 :由电子枪发射电子 ,以交叉斑作为电子源 ,经二级透镜及物 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。试样在电子束作用 下 ,激发出各种信号 ,信号强度取决于试样表面状况。这些信号被探测器收集并经 视频放大后输入显像管栅极 ,调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度 ,得到反映试 样表面形貌的电子图像[2]。 2扫描电镜的特点 (1)制样方法简单。 对表面清洁的导电材料可直接进行观察 ;表面清洁的非导电材料只要在表面蒸 镀一层导电层即可观察。 ( 2)场深大,三百倍于光学显微镜。 适用于粗糙表面和断口,甚至孔洞缝隙中细微情况的观察。图像富有立体感,易于识别和解释。 (3)放大倍数在 15-200000 倍范围内连续可调,分辨率高,能达到 3-6nm。 (4)可进行多功能分析。 采用双放大倍数装置或图像选择器,可在荧光屏上同时观察不同放大倍数或不 同形式的图像。可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态实验,观察各种环境 条件下的相变及形态变化等[3]。

扫描电镜在材料学中的应用

扫描电镜在材料学中的应用材料学是第二次工业革命重要的基础学科之一,它涉及到材料的制备、性能、结构和应用,而材料结构又是材料性能和应用的基础。如何研究材料的结构成为材料学者关注的重点之一。最近几十年,随着科学技术的发展,扫描电镜成为研究材料结构的有力工具之一。 一、扫描电镜原理 扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)是一种基于电子束和物质交互作用的高分辨率显微镜,可用于研究材料的表面形貌、元素组成及晶体结构等微观结构特征。 扫描电镜技术是用高能电子束照射样品,当电子束与样品的原子或分子相互作用时,会产生散射、透射、反射和吸收等过程,从而得到一系列的信号。这些信号通过探测器收集和处理,可以反映样品的表面形貌、元素组成及其他微结构的像素信息。 二、扫描电镜在材料学中的应用

扫描电镜在材料学的应用非常广泛。以下将从以下几个方面介 绍它在材料学中的应用。 1.材料的表面形貌观测 扫描电镜可以清晰地观测材料表面的形貌特征,如晶体、孔洞、颗粒、尖峰、裂痕、纹理等,其分辨率可达到亚纳米量级。例如,用SEM观测晶体的形貌,可以分辨出其晶体形态、晶面和晶缺陷等,有助于研究材料的生长机制和晶体的结构性质。 2.材料元素分布探测 扫描电镜还可以探测材料各元素分布情况,Semi-Quantitative Analysis,如EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)能够快 速获取样品在不同位置的元素组成,并可以建立元素含量的分布图。通过这种方法可以鉴定材料的成分,判断晶体缺陷的构型和 原子位置,并分析材料的迁移和相互作用等物理过程。 3.材料的电学性质研究

材料分析方法总结

材料分析方法总结 材料是现代工业中不可缺少的一环,而材料的质量也直接影响 着产品的性能和品质。为了保证材料的质量,科学家们在不断探 索新的材料分析方法。本文将对几种常用的材料分析方法进行总结。 1. X射线衍射法 X射线衍射法是一种广泛应用于材料分析的非破坏性测试方法。它通过将X射线投射到材料上,并记录反射和散射的X射线来分 析材料的晶体结构和化学成分。这种方法适用于分析晶体,陶瓷、金属、粉末、涂料等材料的结构。 2. 扫描电子显微镜(SEM) 扫描电子显微镜(SEM)是一种通过扫描专用电子束来实现高分 辨率成像的仪器。它主要用于表面形貌和微观结构的分析。这种 方法适用于分析金属、陶瓷、高分子材料、纳米颗粒等材料。 3. 原子力显微镜(AFM)

原子力显微镜(AFM)是一种利用扫描探针进行表面成像的技术。探针末端的尖端可以感知为表面提供足够的分辨率和精度。这种 方法适用于对纳米颗粒、表面形貌、物性、焊点和电性进行研究。AFM在纳米领域的研究中应用广泛。 4. 操作模态分析(OMA) 操作模态分析(OMA)是一种实验模态分析技术,通过对振动信 号的处理和分析来实现材料的动态特性分析。这种方法适用于设 计振动器件、安装大型机器及其分析结构和疲劳寿命。在固体、 液体、气体中的物理情况下可以应用到OMA分析中。 5. 热重分析(TGA) 热重分析(TGA)是一种非常有用的方法,可以在微观和宏观水 平上实现对材料特性的分析。它利用热重量差法分析在升温和等 温条件下,材料的重量以及重量变化和热学性质。这种方法适用 于材料的分解、氧化和变化温度的测定。同时还可以提供实际应 用中需要的材料密度、表面面积、孔隙度及扰动过程参数等信息。

材料科学中的结构表征与性能分析

材料科学中的结构表征与性能分析材料科学是一门研究材料的结构、性质和性能之间关系的学科。在 材料科学中,结构表征和性能分析是非常重要的研究方法,用于揭示 材料的内部结构以及其对外界环境的响应。本文将讨论材料科学中的 结构表征与性能分析的相关内容。 一、材料的结构表征 1. 光学显微镜观察 光学显微镜是最常用且简单的材料结构表征方法之一。通过光学显 微镜可以观察到材料的表面形貌和内部微观结构,如晶界、颗粒分布等。此外,还可以对材料进行晶体学分析,确定晶体结构和晶体取向。 2. 扫描电子显微镜(SEM) SEM是一种高分辨率的表面成像技术。它利用电子束与样品表面相互作用的方式,获得材料表面的形貌和微观结构信息。与光学显微镜 相比,SEM可以获得更高的放大倍数和更详细的细节。 3. 透射电子显微镜(TEM) TEM是一种通过物质对电子的散射来观察材料内部结构的技术。通过透射电子显微镜可以获得材料的高分辨率图像,并对材料的晶体结构、晶界、缺陷等进行详细分析。 4. X射线衍射(XRD)

X射线衍射是一种通过材料对X射线进行衍射来确定材料晶体结构 的方法。XRD可以获得材料的晶体结构信息、晶格常数、晶体取向、 影响材料性能的晶体缺陷等信息。 5. 核磁共振(NMR) 核磁共振是一种通过观察核自旋在外加磁场下的行为来分析材料结 构的方法。核磁共振可以用于确定材料中不同原子核的类型和数量, 了解材料的化学结构。 二、材料性能的分析 1. 机械性能分析 机械性能是材料重要的性能之一,包括强度、韧性、硬度、延展性等。通过拉伸试验、硬度试验、冲击试验等可以测定材料的机械性能。此外,还可以通过纳米压痕测试、微弯曲测试等方法对材料的力学性 能进行研究。 2. 热性能分析 热性能包括热膨胀系数、热导率、热稳定性等。热膨胀系数可以通 过热膨胀仪进行测量,热导率可以通过热导率仪进行测定。热性能的 分析可以为材料在高温环境下的应用提供重要的指导。 3. 导电性能分析

sem扫描电镜怎样分析材料结构

sem扫描电镜怎样分析材料结构 篇一:材料分析(SEm)实验报告 材料专业实验报告 题目:扫描电镜(SEm)物相分析实验学院:先进材料与纳米科技学院专业:材料物理与化学姓名:学号:1514122986 20XX年6月30日 扫描电镜(SEm)物相分析实验 一.实验目的 1.了解扫描电镜的基本结构与原理 2.掌握扫描电镜样品的准备与制备方法 3.掌握扫描电镜的基本操作并上机操作拍摄二次电子像 4.了解扫描电镜图片的分析与描述方法 二.实验原理 1.扫描电镜的工作原理 扫描电镜(SEm)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背散射电子等物理信号,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。 本次实验中主要通过观察背散射电子像及二次电子像对样品进行分析表征。 1)背散射电子 背散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被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。背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度。背反射电子产额和二次电子产额与原子序数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,所以,利用背反射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征,也可以用来显示原子序数衬 度,定性进行成分分析。 2)二次电子像 二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小,当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应

sem扫描电镜,怎样分析材料结构

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’sapplicationinmaterialscience abstract: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。场发射扫描电镜的特点是二次电子像分辨率高,可达到1nm。如果采用低加速电压技术,在TV状态下背散射电子(BSE)成像良好,对于未喷涂非导电样品也可得到高倍像。所以,场发射扫描电镜将对半导体器件、精密陶瓷材料、氧化物材料等的发展起到很大的作用[9]。 2.2环境扫描电镜(ESEm) 低真空扫描电镜样品室最高低真空压力为400Pa,现在有厂家使用专利技术,使样品室的低真空压力达到2600Pa,也就是样品室可容纳分子更多,在这种状态下,可配置水瓶向样品室输送水蒸气或输送混合气体,若跟高温或低温样品台联合使用则可模拟样品的周围环境,结合扫描电镜观察,可得到环境条件下试样的变化情况。环扫实现较高的低真空,其核心技术就是采用两级压差光栅和气体二次电子探测器,还有一些其它相关技术也相继得到完善。它是使用1个分子泵和2个机械泵,2个压差(压力限制)光栅将主体分成3个抽气区,镜筒处于高真空,

材料结构分析的方法及应用

材料结构分析的方法及应用 随着科技的不断发展,材料的种类也越来越多,其复杂的结构 对于科学研究和应用带来了很大的挑战。材料结构分析作为一种 重要的研究手段,对于揭示物质的结构和性质、开拓新材料的领 域具有重要意义。 一、X射线衍射法 X射线衍射是一种最常用的材料结构分析方法。它采用的是X 射线与物质相互作用的结果,洛仑兹辉照和布拉格衍射是两个基 本原理。通过在材料上照射X射线,然后观察衍射图案,即可分 析出材料的物理结构、晶态等信息。 X射线衍射法的应用非常广泛,尤其在材料研究领域。它可以 用来研究晶体结构、非晶态材料的同步辐射等方面。此外,X射 线衍射法还被广泛应用于无机材料、有机材料、生物材料等领域。例如,通过X射线衍射确定了一些有机分子晶体中的分子排列方式,为寻找新型有机发光材料提供了重要参考。 二、电子显微学

电子显微学是结构分析的重要手段之一。它包括透射电子显微 镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等。 透射电子显微镜主要用于研究材料的晶体结构、微纤维结构等。它通过电子束透过样品,观察电子束与样品交互作用的结果进行 研究。例如,透射电子显微镜可以研究金属晶体的晶格结构,同 时还可以研究生物高分子颗粒的超振动结构。 扫描电镜则主要用于研究表面结构,具有比STM更高的分辨率。扫描电镜通过电子束照射样品表面,检测表面反射的电子, 通过衍射的信号分析表面各部分的几何形态和导电属性等信息。 它被广泛应用于纳米材料、光学材料和医学等领域。 三、质谱法 质谱法是一种基于物质碎片分析的方法,适用于有机、无机、 生物等复杂材料的分析。当物质化学键受到破坏的时候,质谱仪 可以将分子中的碎片分离并进行质谱分析,从而揭示分子的结构 信息。

材料科学的各种分析方法和实践

材料科学的各种分析方法和实践材料科学是现代工业化生产的基础。它包含了材料的开发、制造、加工和应用。近年来,随着科技的进步和人民对生活质量的 追求,材料科学得到了更广泛的关注。在材料的研究和应用中, 分析技术是非常重要的一部分。本文将介绍一些材料科学中常用 的分析方法和实践。 一、光学显微镜 光学显微镜是一种常用的分析方法。它可以观察材料表面和内 部的微观结构。通过观察材料中的晶体、颗粒、孔洞等微观结构,可以得到很多有用的信息,如材料的物理性质、组成成分、制备 工艺等。在不同分辨率下的观察,可以得到不同的细节。 二、扫描电子显微镜 扫描电子显微镜(SEM)利用高能电子束扫描样品表面,获得 样品表面的显微图像。由于它可以得到高分辨率的图像,因此常 常被用于观察材料的表面形态和微观结构。SEM可以直接观察到

材料的晶体、颗粒、孔洞和纤维等结构,因此在材料性能的研究和产品设计中具有非常广泛的应用。 三、X射线衍射 X射线衍射是一种非常有用的分析方法。它可以通过材料的晶体结构来反推材料的组成和性质。由于不同元素的X射线衍射图谱是不同的,因此可以准确判断材料的元素种类和比例。X射线衍射还可以用来确定材料的结晶质量、晶体结构和晶体取向等参数。 四、红外光谱 红外光谱是一种常用的化学分析方法。它可以将材料中的分子结构和化学键特性转换为光谱信号。通过判断光谱信号的强度、位置和形状,可以确定材料的分子结构和化学性质。红外光谱可以用于检测有机材料、聚合物、液晶等材料的组成和性质。 五、热分析

热分析是指通过热学性质来分析材料。热分析技术包括热重分 析(TGA)、差热分析(DSC)等。TGA可以测量材料在不同温 度或持续加热下的质量变化,可以用来推测材料的物理结构和热 化学性质。DSC可以测量材料的热容、热传导系数、相变温度等,可以用来判断材料的热稳定性和相变性质。 六、电子显微镜 电子显微镜(TEM)可以用来观察材料的微观结构。与SEM 不同的是,TEM是利用电子束透射样品来获取材料的内部结构。 由于电子的波长比光的波长更短,因此TEM可以获得比光学显微 镜更高的分辨率。TEM可以用来观察材料的晶格结构、电子结构、界面结构等微观特征。 七、场发射扫描电子显微镜 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)是一种高分辨率电子显微镜。它可以产生非常强的电子束,可以观察更小的样品。FE-SEM 可以用来观察材料的表面形态、纳米结构、孔洞和界面结构等微 观特征。由于它可以产生高分辨率的图像,因此在纳米材料和生 物材料等领域具有广泛的应用。

材料微观结构的探测与分析

材料微观结构的探测与分析 材料的性能和功能往往与其微观结构密切相关,因此了解和掌 握材料的微观结构是进行材料研究和开发的重要前提条件。随着 现代科学技术的不断发展,人们对于材料微观结构的探测和分析 能力也越来越强。本文将从扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射等方面介绍材料微观结构的探测和分析方法。 一、扫描电子显微镜 扫描电子显微镜(SEM)可以在高真空状态下对材料进行表面形 貌和结构的观察和分析。该方法利用电子与材料原子核、电子云 间的相互作用来获取对材料的高分辨率图像,具有表面拓扑和形 貌的分析能力。同时,通过扫描电子显微镜还可以进行微区分析,如点、线、面的能谱分析和成分分析,有助于了解材料表面组成、结构和存在的元素种类及其分布情况。 二、透射电子显微镜 透射电子显微镜(TEM)是利用电子束作为照射光源,与材料的 内部进行相互作用,研究材料内部结构的一种表征手段,其在材

料科学中有着重要的应用价值。透射电子显微镜具有极高的分辨率,可达到亚埃尺度,对于材料中的微小纳米尺度结构和晶体缺 陷的观察和分析有着很高的精度和可靠性。同时,配合能谱分析 技术还可分析材料中的原子成分,进一步了解材料中元素的分布、比例和化学价态等信息。 三、X射线衍射 X射线衍射(XRD)是利用X射线在材料中的相互作用,得到材 料的晶体结构和结晶状态的分析方法。X射线本身具有很高的穿 透力,可在材料中穿过几层原子,从而可以预测材料中的结晶体系、结晶程度,提供材料结构的信息。该方法还能对晶体中的晶 面方位以及晶胞常数进行测定,对于晶体材料的相变、合成研究 和质量控制等方面具有重要的意义。 四、材料缺陷分析 材料缺陷是其中一个研究重点,原因是材料中的缺陷往往会导 致材料性能的下降或失效。材料缺陷分析通常用过电镜、扫描电 镜等显微镜观察材料的结构,发现其中的缺陷,然后通过透射电

金属材料中的微观结构分析技术教程

金属材料中的微观结构分析技术教程 金属材料是工程领域中最常用的材料之一,其性能和使用寿命与其微观结构密切相关。微观结构分析技术是研究金属材料性能和行为的关键工具。本文将介绍金属材料中常用的微观结构分析技术,包括金相分析、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等。 金相分析是分析金属材料中微观结构的重要方法之一。它通过对金属材料进行切割、打磨、腐蚀等预处理工艺,然后使用显微镜观察金属样品的组织结构和成分。金相分析可以提供金属材料的晶粒尺寸、晶体缺陷、晶界分布等信息。常用的金相分析方法有光学显微镜分析、扫描电子显微镜分析和透射电子显微镜分析等。 光学显微镜是最常用的金相分析工具之一。它通过透射光和反射光来观察金属材料的表面和截面结构。光学显微镜可以提供金属材料的晶粒大小、晶界分布、相含量等信息。此外,还可以通过选用合适的显微镜目镜、物镜和偏光装置来观察材料的显微组织和相变现象。 扫描电子显微镜(SEM)能够观察金属材料的表面形貌和成分分布。SEM利用高能电子束来扫描金属样品表面,并通

过探测器记录反射电子的信号来形成高分辨率的像。通过控制电子束的扫描范围和放大倍数,可以观察金属材料中的晶界、晶体缺陷、粒子分布等微观结构信息。 透射电子显微镜(TEM)可提供金属材料的高分辨率显微 组织信息。TEM使用高能电子束穿透金属材料并与材料内部 的原子发生相互作用,产生透射电子图像。通过对这些图像的解读和分析,可以观察到金属材料的晶体缺陷、晶界、纳米结构等细节。 X射线衍射(XRD)是一种常用于分析金属材料结晶体相、实验样品晶胞参数的非破坏性分析技术。通过使电子在原子中受到束缚态,在解离成束缚态前给出X射线,对入射的X射 线在结晶体中的发射以及衍射行为进行分析,得出相应的结构信息。 除了这些常用的金属材料微观结构分析技术,还有许多其 他先进的技术,如原子力显微镜(AFM)、能谱分析技术(EDS)等。这些分析技术在金属材料研究和应用过程中起着重要的作用。通过合理选择和组合这些技术,并结合金属材料的特点和研究目的,可以更全面地了解金属材料的微观结构和性能。

扫描电镜成分分析实验报告

扫描电镜成分分析实验报告 一、实验目的 本实验旨在通过使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对材料的成分进行分析与表征,探究扫描电镜在材料科学研究中的应用。 二、实验原理 扫描电镜是一种利用电子束与物质相互作用产生的信号来观察样品表面形貌和成分的高性能显微镜。它不仅能提供高分辨率的图像,还可以通过能谱仪分析不同元素的含量。 三、实验器材和试剂 1. 扫描电子显微镜 2. 样品 3. 金和银溅射镀膜刀具 4. 研磨纸(各种粒度) 5. 丙酮 6. 无水乙醇 7. 电子导电胶布 8. 剪刀 四、实验步骤 1. 样品处理 a. 将待分析样品切割成合适尺寸并用研磨纸磨光表面。 b. 使用丙酮清洗样品,去除表面油脂等污染。 c. 使用无水乙醇反复清洗样品,使其干燥。 d. 使用金或银溅射镀膜刀具,在样品表面均匀切割一层金(或银)薄膜。

e. 使用剪刀将样品切割成合适大小并粘贴在电子导电胶布上。 2. SEM成像 a. 将样品放入扫描电镜样品舱中。 b. 开始真空抽气,调节电压和电流至合适数值。 c. 调整焦距和亮度,选取合适的观察位置。 d. 利用附带的摇杆,调节样品位置,使待观察的区域位于镜头中心。 e. 点击扫描按钮,获取样品的图像。 3. 成分分析 a. 运用能谱仪获取样品的X射线能谱信息。 b. 分析能谱图,得到样品中不同元素的相对含量,并记录下来。 c. 结合成像结果,分析样品中特定成分在不同区域的分布情况。 五、实验结果与讨论 在本次实验中,我们选择了一块具有复杂结构的材料进行分析。通过SEM观察到,材料表面具有许多微小的颗粒,且表面呈现出较粗糙的特征。通过能谱分析发现,样品主要含有铁、硅、氧和碳等元素,其中铁元素相对含量最高。这与材料的使用环境和预期的组成相吻合。 进一步分析样品不同区域的成分分布,发现在某些区域,铁元素含量明显较高,与材料的颜色和纹理变化相对应。此外,硅元素在整个样品表面均有分布,而氧和碳元素则主要集中在较粗糙的表面区域。这些结果指示了材料组分的聚集现象和微观结构的差异性。 六、结论

金属材料检测,扫描电镜SEM测试

金属材料检测,扫描电镜SEM测试 扫描电子显微镜(SEM) 是一种用于高分辨率微区形貌分析的大型精密仪器,它是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的一种观察手段。目前,扫描电镜已被广泛应用于生命科学、物理学、化学、司法、地球科学、材料学以及工业生产等领域的微观研究。 金属材料检测中SEM主要应用 金属及其合金的性能是由微观组织、化学成分和晶体结构来决定的,连续可调的放大倍数等特点使得扫描电镜在断口形貌,微区形貌及定性定量分析,失效分析等方面有着重要作用。 1、微观组织观察 光学显微镜可以用来观察常规组织,整体上看到两种或几种相的分配比例,但是由于其放大倍数有限(一般最大放大倍数2000倍),很多组织中的片层结构、针状结构、第二相、共晶体等很难清楚的观测到。扫描电镜利用其放大倍数大且连续可调的特点,实现了宏观形貌与显微组织同时观测的目的。 2、断口形貌观察 景深大的特点使扫描电镜在分析常规实验断口、现场失效断口等方面获得了很好的应用,断口试样无需破坏,无需制样,放入样品仓可直接观察,这些都是光学显微镜、透射电镜等检测仪器所不能比拟的。首先,宏观观察失效断口,判断断裂源区及裂纹扩展方向;其次利用扫描电镜微观判定断裂源区及扩展区的断裂类型,最后结合失效件的原始情况、生产工艺、用户处理及使用情况、化学成分、金相检测、力学性能检测等得出结论。 扫描电镜具有什么特点? 扫描电子显微镜具有景深大、分辨率高、成像直观、立体感强、放大倍数范围宽以及待测样品可在三维空间内进行旋转和倾斜等特点。另外,扫描电镜具有可测样品种类丰富,几乎不损伤和污染原始样品以及可同时获得形貌、结构、成分和结晶学信息等优点。 扫描电镜可应用在哪些地方? 1、金属、陶瓷、矿物、水泥、半导体、纸张、塑料、食品、农作物和化工产品的显微形貌、晶体结构和相组织的观察与分析。 2、各种材料微区化学成分的定量检测。 3、粉末、微粒、纳米样品形态观察和粒度测定。 4、机械零件与工业产品的失效分析。 5、镀层厚度、成分与质量评定。 6、刑侦案件物证分析与鉴定。 7、新材料性质的测定和评价。 等等 内容来源网络,如有侵权,请告知我们删除!还有,内容仅供参考,如有错误,请联系我们修改!

扫描电镜sem原理

扫描电镜sem原理 扫描电子显微镜(SEM)是一种能够使用电子束显微镜对物质表面进 行扫描的工具。它能够提供高分辨率和高放大倍数的图像,从而使研究人 员能够观察到非常小的物体。SEM的工作原理是基于电子与物质相互作用 的原因。 SEM工作原理。 SEM中的电子束经过真空开孔镜,进入电子注入系统。在注入系统中,高能电子被发射出来,并被汇聚到很小的束中。这束电子经过加速器,变 成高速电子,并以光速的1/1000来移动。 电子从注入系统进入到朝向样品的地方磁透镜。这个地方磁透镜定向 电子束,使其在样品表面移动。电子束会在样品表面中激发出次级电子。 根据次级电子激发的位置和数量,可以使SEM系统产生图像。这些图像可 以显示出样品表面的极高分辨率图像并给出材料的其他实用解析信息。 SEM扫描模式。 SEM系统中有两种常见的扫描模式;扫描和定向模式。在扫描模式下,样品保持不动,电子束越过样品表面并继续运行,直到样品表面被完全图 像化。扫描模式可以更好地显示更大复杂的表面结构。 在定向模式下,样品物体和电子束被强制缩小并减少,为此,样品经 过旋转以增加样品表面的覆盖面积。该模式也常用于测量薄膜和纤维的厚度。 SEM分辨率。

扫描电子显微镜的分辨率是衡量它性能的重要指标。分辨率定义为系 统能够分辨出的最小特征尺寸。由于SEM使用电子束而不是光束,因此它 能够提供更高的分辨率比传统方法。分辨率通常取决于电子束的能量、波长、探针尺寸和样品类型。SEM的分辨率通常低于10纳米。然而,这些 分辨率随着电子束注入系统的改进而不断弥补。 SEM应用。 SEM在广泛的应用中都有所用,主要领域涵盖了材料科学、纳米技术、物理学、生命科学和制药学。例如,强大的SEM扫描功能可以帮助研究纳 米颗粒、生物分子、聚合物和纤维等等。此外,它还可用于表面形貌分析、样品成像和化学成分分析。最近,SEM的使用在智能交通、工业流程监测 和环境科学中也有所应用。 总之,扫描电子显微镜是一种非常有用的工具,能够生成高清晰度和 高分辨率的图像,重要的领域涵盖了许多不同的科学研究领域,是材料科 学及制药学等行业的必备设备。

SEM扫描电镜结构与断口观察

扫描电镜结构与断口观察 一、实验目的: 1、了解扫描电镜的基本结构,成相原理; 2、掌握电子束与固体样品作用时产生的信号和各种信号在测试分析中的作用; 3、了解扫描电镜基本操作规程; 4、掌握扫描电镜样品制备技术; 5、掌握韧性断裂、脆性断裂的典型断口形貌。 二、实验原理: 1、扫描电子显微镜的构造和工作原理: 扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。扫描电镜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,扫描电镜的优点是,①有较高的放大倍数,20-30万倍之间连续可调;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,因此它像透射电镜一样是当今十分有用的科学研究仪器。 扫描电子显微镜是由电子光学系统,信号收集处理、图象显示和记录系统,真空系统三个基本部分组成。 其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成相透镜用,而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。一般有三个聚光镜,前两个是强磁透镜,可把电子束缩小;第三个透镜是弱磁透镜,具有较长的焦距以便使样品和透镜之间留有一定的空间,装入各种信号接收器。扫描电子显微镜中射到样品上的电子束直径越小,就相当于成相单元的尺寸越小,相应的放大倍数就越高。 扫描线圈的作用是使电子束偏转,并在样品表面做有规则的扫动。电子束在样品上的扫描动作和显相管上的扫描动作保持严格同步,因为它们是由同一个扫描发生器控制的。电子束在样品表面有两种扫描方式,进行形貌分析时都采用光栅扫描方式,当电子束进入上偏转线圈时,方向发生转折,随后又有下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。发生二次偏转的电子束通过末级透镜的光心射到样品表面。在电子束偏转的同时还带用逐行扫描的动作,电子束在上下偏转线圈的作用下,在样品表面扫描出方形区域,相应地在样品上也画出一帧比例图像。样品上各点受到电子束轰击时发出的信号可由信号探测器收集,并通过显示系统在

扫描电镜工作原理

扫描电镜工作原理 扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)是一种常用的高分辨率显微镜,它利用电子束与样品相互作用来获取样品表面的形貌和成分信息。下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。 一、电子源和电子束的产生 扫描电镜中的电子源通常采用热阴极电子枪。在电子枪中,通过加热阴极,使其发射出热电子。这些热电子经过一系列的电场和磁场聚焦装置,最终形成一个高能、高亮度的电子束。 二、电子束的聚焦 电子束经过电子枪后,进入电子透镜系统。电子透镜系统由一系列的电磁透镜组成,可以对电子束进行聚焦和控制。通过调整透镜的电场和磁场,可以使电子束的直径变小,从而提高分辨率。 三、样品的制备和加载 在使用扫描电镜之前,需要对样品进行制备和加载。通常情况下,样品需要被切割成适当的尺寸,并通过真空系统加载到电子镜的样品台上。为了保持样品表面的纯净度和形貌,通常会对样品进行金属喷镀或碳喷镀等处理。 四、样品的扫描和信号检测 当样品被加载到电子镜的样品台上后,电子束被聚焦在样品表面上。电子束与样品相互作用时,会产生多种信号,包括二次电子、反射电子、散射电子等。这些信号可以提供有关样品表面形貌、成分和结构的信息。 五、信号的检测和处理

扫描电镜中的探测器可以检测样品表面产生的信号,并将其转换为电信号。常 用的探测器包括二次电子探测器和反射电子探测器。这些电信号经过放大和处理后,可以通过计算机系统进行图像的重建和显示。 六、图像的生成和分析 通过扫描电镜所得到的信号经过处理后,可以生成高分辨率的图像。这些图像 可以显示样品表面的形貌、纹理和微观结构等细节信息。同时,可以利用图像处理软件对图像进行分析,如测量尺寸、计算表面粗糙度等。 七、应用领域 扫描电镜在材料科学、生物学、地质学、纳米技术等领域具有广泛的应用。它 可以用于研究材料的微观结构、表面形貌、纳米颗粒的分布等。同时,扫描电镜还可以用于质量检测、故障分析和材料表征等方面。 总结: 扫描电镜通过利用电子束与样品相互作用来获取样品表面的形貌和成分信息。 它具有高分辨率、高放大倍数和大深度的优点,广泛应用于科学研究和工业生产中。通过对电子源、电子束的聚焦、样品的制备和加载、信号的检测和处理以及图像的生成和分析等方面的详细介绍,我们可以更好地理解扫描电镜的工作原理。

SEM在高分子结构研究中的应用

SEM 在高分子结构研究中的应用摘要:讨论了扫描电子显微镜(SEM) 在高分子材料研究中的应用。说明sem 在高分子材料的微观结构形态分析、界面控制、断裂机制、增韧机理等研究中发挥着举足轻重的作用。 关键词:扫描电子显微镜; 高分子材料; 界面形态增韧机理一SEM 的工作原理及特点 扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope) ,简称 SEM ,是一种大型的分析仪器,是3 0 年代中期发展起来的一种新型电镜,是一种多功能的电子显微分析仪器,主要功能是对固态物质的形貌显微分析和对常规成分的微区分析,广泛应用于化工、材料、医药、生物、矿产、司法等领域。扫描电镜所能显示各种图像的依据是电子与物质的相互作用,当高能入射电子束轰击样品表面,由于入射电子柬与样晶间的相互作用,将有9 9 % 上的入射电子能量转变成样品热能。约1% 的入射电子能量,将从样品中激发出各种有用的信息,包括二次电子、透射电子、俄歇电子、x 射线等不同的信息,反映样品本身不同的物理、化学性质扫描电镜的功能就是根据不同信息产生的机理,采用不同的信息检则器,以实现选择检测扫描电镜的图像。SEM 是由电子光学系统和显示系统组成。电子光学系统是由电子枪、磁透镜、扫描线圈以及样品室组成;显示系统包括信号的收集、放大、处理、显示与记录部分。从电子枪灯丝发出直径约20 一30um 的电子束,受到阳极1—40kV 高压的加速射向镜筒,经过聚光镜和物镜的会聚作用,缩小成直径约八—纳米的

狭窄电子束射到样品上。电子柬与样品的相互作用将产生多种反射电子信号,包括二次电子、背散射电子、俄歇电子等,其中最重要的是二次电子,经信号收集器收集、放大、处理,最终将样品形貌显示在显示器上。 扫描电子显微镜相对于光学显微镜、透射电子显微镜有—些极有价值的特点。首先,它能在很大的放大倍数范围工作,从几倍到几十万倍,相当于从光学放大镜到透射电镜的放大范围。并且具有很高的分辨率,可达l 一3nm ;其次。它具有很大的焦深,300 倍于光学显微镜,因而对于复杂而粗糙的样品表面,仍然可得到清晰聚焦的图像.图像立体感强.易于分析;再次,样品制备较简单,对于材料样品仅需简单的清洁、镀膜即可观察,并且对样品的尺寸要求很低,操作十分简单。 二sem 在聚合物界面形态及表面改性处理研究中的应用观察界面形态 聚合物的表面物理形态和化学结构是决定材料性能的基本因素,也是影响聚合物的表面的摩擦性能、光学性能、吸水性和生物相容性等性能的主要因素。用扫描电镜观察、分析聚合物表面形貌特征。 样品喷金后可直接放入样品室进行观察。根据聚合物的微观结构不同,即不同形态特征区分各种聚合物,同时聚合物表面的各种元素产生具有不同能量的特征X 射线,分析这些X 射线的能量就可知道组成的元素,可看出各种聚合物微量元素成分的差别,从这两方面对聚合物进行种属鉴定和聚合物鉴别,在鉴别基础上可通过荧光屏

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