扫描电子显微镜成像原理及基本操作
简述sem的成像原理及应用
简述SEM的成像原理及应用1. SEM简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM），是一种利用扫描电子束进行表面成像的仪器。
相比传统的光学显微镜，SEM具有更高的分辨率和更大的深度信息。
SEM的成像原理是通过发射出的高能电子束与样品表面的相互作用来获取显微照片。
2. SEM的成像原理SEM的成像原理主要包括电子源、电子-样品相互作用、信号检测和图像处理四个方面。
2.1 电子源SEM使用的电子源一般为热发射阴极或冷阴极，产生的电子束被加速并聚焦成一个细小的束流，以便于扫描。
2.2 电子-样品相互作用电子束照射到样品表面后，与样品原子和分子发生相互作用。
这些相互作用包括：•弹性散射：电子与样品原子表面发生碰撞，散射出不同角度的电子，不改变能量。
•无弹性散射：电子与样品原子发生碰撞，散射出去的电子拥有不同的能量。
2.3 信号检测SEM检测到电子与样品相互作用后产生的信号，主要有以下几种：•二次电子（SE）：因主束电子激发样品表面产生的次级电子。
•后向散射电子（BSE）：主束电子与样品原子核发生碰撞后返回。
•X射线：主束电子激发样品原子核内部电子跃迁产生的特征能量的波长。
2.4 图像处理SEM获取到的信号经过放大和转换成数字信号后，可以通过计算机进行图像处理和增强，最终形成高分辨率的显微图像。
3. SEM的应用SEM作为一种高分辨率的显微镜，在各个领域有广泛的应用。
3.1 材料科学•材料表面形貌观察：SEM可以观察材料表面的形貌，如晶体形态、颗粒分布等。
•元素分析：SEM连接能谱仪（EDS）可以实现元素组成分析，用于材料的定性和定量分析。
•结构分析：SEM可以观察材料的断口和界面结构，用于研究材料的破裂机理和界面结合情况。
3.2 生物学•细胞观察：SEM可以观察生物细胞的形态和结构，如细胞膜、细胞器等。
•病原体研究：SEM可以观察病原体的形态和特征，用于研究其传播途径和生命周期。
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜原理扫描电镜的工作原理主要是利用二次电子成像，它工作过程是这样的：从电子枪灯丝发出的直径约20～35µm的电子束，受到阳极1～40kV高压的加速射向镜筒，并受到第一、二聚光镜和物镜的汇聚作用，缩小成直径约几十埃的狭窄电子束射到样品上。
与此同时，偏转线圈使电子束在样品上作光栅状的扫描。
电子束与样品相互作用将产生多种信号，其中最重要的是二次电子。
由于控制镜筒入射电子束的扫描线圈的电路同时也控制显像管的电子束在屏上的扫描。
用这种方法就如电视机屏上的像一样，一点一点，一线一线地组成了像。
扫描电镜像的分辨本领取决于一些因素，其中最主要的是电子束斑的直径。
但电子枪亮度，样品的性质，相互作用的方式以及扫描速度和像的线数也是有关的。
本平台使用的JSM6390/LV扫描电镜是一台常规的生物电镜，最大加速电压为30KV，分辨率达到40埃左右，所以纳米材料的形貌观察会受到限制。
扫描电镜具有一些极有价值的特点：（1）它能在较大放大倍数范围工作，从几十倍到几万倍。
（2）扫描电镜具有很大焦深，300倍于光学显微镜；因而对于复杂而粗糙的样品表面，可得清晰的图像；（3）在观察样品表面形貌的同时又可对样品进行微区的无损分析。
扫描电镜对研究样品表面的形貌是理想的，但却不易获得内部结构的信息，由于受分辨率的限制，它对细胞的精细结构、病毒的分子机理或亚细胞的结构的研究无能为力。
所以透射电镜和扫描电镜在性能上有许多方面是相互补充的。
入射电子与样品核外电子碰撞使后者脱离原子变成二次电子，而原子在失掉一个电子后变成离子，处于较高的能量状态，能量释放可以采取两种方式：一种是产生x射线，另一种是锇歇电子。
其中X射线适合于重元素的成份分析，能量分散x射线微区分析法（Energy dispersive X-ray microanalysis，简称EDX）是一种利用特征x射线对样品进行成份分析的方法。
EDX灵敏度高，简单快速，对样品污染核损伤小，但分析范围窄，分辨率低，适宜于定性分析。
实验十一 扫描电子显微镜结构、成像原理与显微组织观察---实验样品待定需要补充内容
实验十一、扫描电子显微镜(SEM)结构、成像原理与显微组织观察一、实验目的（1）了解扫描电子显微镜的结构和基本原理（2）通过实际分析, 明确扫描电子显微镜的用途注：扫描电子显微镜：Scanning Electron Microscope, SEM二、SEM 结构 三、SEM 成像原理利用细聚焦高能电子束在试样表面逐点扫描而激发出各种物理信息, 通过对这些信息的检测接收、放大并转换成调制信号, 最后在阴极射线管荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。
（具体细节见ppt ）四、SEM 的图像衬度观察仪器: 日立S-3400N SEM1.样品制备SEM 一个突出的特点就是对样品的适应性大而且样品制备方法简单。
所有的固态样品如块状、粉末、金属、非金属、有机以及无机的都可以观察。
尤其是对于无污染的金属断口样品不需进行任何处理就可直接进行观察。
SEM 对样品的要求主要有以下几点:（1）适当的大小（2）良好的导电性: 实际上是要求样品表面（所观察到的面）与样品台之间要导电。
对于导电性良好的金属样品, 只要尺寸大小合适、用导电胶或导电胶带固定在铝或铜的样品电子枪样品仓物镜可动光阑轨迹球旋钮板架上送入电镜样品室便可直接观察。
对不导电或导电性差的无机非金属材料、高分子材料等样品, 所要观察的表面必须进行喷镀导电层处理, 镀膜厚度控制在5~10nm为宜。
（3）无论是哪种试样, 其观察表面要真实, 避免磕碰、擦伤造成的假象, 要干净、干燥。
2.表面形貌衬度观察表面形貌衬度是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调制信号得到的一种图像衬度。
用于二次电子信号来自于样品表面层5～10nm深度范围, 它的强度与原子序数没有明确的关系, 而仅对微区刻画相对于入射电子束的位向十分敏感, 同时二次电子像的分辨率较高, 一般约在3～6nm（目前可达到的最佳分辨率为1nm）,所以适合于显示表面形貌衬度。
二次电子像是扫描电镜应用最广的一种方式, 尤其在材料科学研究领域, 二次电子像的表面形貌衬度在断口分析方面显示了突出的优越性。
SEM(扫描电子显微镜)的原理
SEM(扫描电子显微镜)的原理
SEM是一种通过高能电子束扫描样品表面并利用其所产生的
信号来形成图像的显微镜。
其原理是利用电子束与样品表面交互所产生的各种信号（如二次电子、反射电子、散射电子、背散射电子等）作为样品表面形貌信息的载体，经过放大和成像后形成对样品表面形貌的图像。
具体来说，SEM的主要原理包括：
1. 高能电子束的产生
SEM使用的电子束通常由热阴极或场发射型阴极产生。
电子
从阴极中发射出来后，经过加速管加速到几千伏至数十万伏的高能电子束。
2. 电子束的聚焦
SEM使用电磁聚焦系统将电子束聚焦到非常小的点上，从而
实现高分辨率成像。
聚焦系统通常由多组圆柱形或双凸透镜组成。
3. 样品表面的交互
高能电子束照射样品表面时，会与样品表面相互作用，产生各种不同的信号。
这些信号包括二次电子、反射电子、散射电子、背散射电子等，它们可以提供关于样品表面形貌、成分和结构的信息。
4. 信号的检测和处理
SEM的检测系统通常由二次电子检测器、反射电子检测器、消旋极检测器等多种类型的检测器组成。
这些检测器负责收集和处理样品表面产生的各种信号，经过放大和成像等处理后，成为最终的SEM图像。
综上所述，SEM主要通过高能电子束和样品表面信号的交互来实现图像的成像和分析。
它能够观察到样品表面微观结构的形貌、成分和表面化学性质等信息，具有广泛的应用价值。
扫描电镜的基本原理及应用
扫描电镜的基本原理及应用1. 简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用高能电子束进行样本表面成像的仪器。
与传统的透射电子显微镜不同，扫描电子显微镜通过扫描样本表面并测量反射电子的信号来生成图像，因此可以观察到样本表面的形貌、结构和组成。
2. 基本原理扫描电子显微镜的基本原理是利用电子的波粒二象性和电磁透镜的作用，将电子束聚焦到极小的尺寸并扫描样本表面。
主要包括以下几个步骤：2.1 电子源扫描电子显微镜的核心部件是电子枪，它通过发射电子来产生电子束。
电子源通常采用热阴极、场致发射或冷阴极等不同技术，以产生高能、高亮度的电子束。
2.2 电子聚焦电子束经过电子透镜的作用，可以实现对电子束的聚焦。
电子透镜通常由磁场或电场构成，可以调节电子束的聚焦度和放大倍数。
通过调节电子透镜的参数，可以得到所需的电子束直径和形状。
2.3 样本扫描电子束通过扫描线圈进行扫描，并在扫描过程中与样本表面发生相互作用。
扫描线圈可以控制电子束的位置和方向，将电子束在样本表面上进行扫描。
在扫描过程中，电子束与样本表面发生的相互作用产生不同的信号。
2.4 信号检测与处理样本表面与电子束相互作用时，会产生不同的信号。
扫描电子显微镜通常会检测并测量这些信号，用于生成图像。
常用的信号检测方式包括：反射电子检测、二次电子检测、原子力显微镜等。
3. 应用领域扫描电子显微镜在科学研究、工业生产和材料表征等领域有广泛的应用。
以下是扫描电子显微镜的一些常见应用：3.1 材料科学扫描电子显微镜可以观察材料的表面形貌和结构，对材料的微观结构进行分析。
在材料科学研究中，扫描电子显微镜常常用于研究材料的晶体结构、晶界、纳米颗粒和材料表面的纳米结构等。
3.2 生物学扫描电子显微镜在生物学研究中有广泛的应用。
它可以观察生物样本的细胞结构、细胞器和细胞表面的微观结构，对生物样本的形态和结构进行研究。
扫描电子显微镜也被用于病毒、细菌和其他微生物的观察和研究。
扫描显微镜成像原理
扫描显微镜成像原理
扫描显微镜是一种关键的现代科学仪器，用于高分辨率观察微观尺度下的样本。
它的
原理基于扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）。
扫描显微镜能够通过探测样本表面的反射或散射电子来生成图像。
扫描显微镜的成像原理可以简单概括为以下几个步骤：准备样本、扫描电子束、探测
信号、生成图像。
必须准备好要观察的样本。
这通常涉及到将样本表面涂覆上一层导电物质，例如金属。
导电物质的涂覆可以确保电子束在样本表面上的有效扫描和散射，以获得更清晰的图像。
接下来，通过对样本表面的电子束扫描，电子束与样本表面的原子和分子发生相互作用。
在此过程中，电子束会以不同的方式与样本表面上的物质相互作用，例如散射、反射
或透射。
然后，通过探测这些与电子束交互作用的信号，可以获取有关样本表面拓扑、形貌和
化学组成等信息。
常用的探测信号包括二次电子和反射电子。
通过对从样本表面得到的信号进行处理和分析，可以生成一张高分辨率的图像。
图像
的生成通常会涉及到对信号进行放大、滤波和转化为亮度等级等过程。
扫描显微镜通过探测样本表面的反射或散射电子，利用电子束的扫描来观察并记录样
本表面的形貌、结构和化学组成等信息。
其原理和技术的发展使得我们能够更全面、深入
地了解微观世界。
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束扫描样品表面并通过感应信号形成显像的仪器。
其工作原理如下：
1. 电子源发射电子束：SEM中有一个电子枪，用于产生高能电子。
电子枪中通常会使用热阴极，通过加热或电子轰击方式将电子从阴极中释放出来。
2. 高能电子束聚焦：释放出来的电子会受到聚焦系统的控制，将电子束聚焦成一个非常细小的束斑。
聚焦系统通常包括透镜或电磁镜等。
3. 电子束扫描：经过聚焦的电子束被定向扫描到样品表面。
样品通常需要先制备成非导电表面或镀上导电层，以便电子束能够顺利地与样品相互作用。
4. 电子-样品相互作用：电子束与样品表面相互作用会产生多种效应，如散射、反射、透射等。
其中最常用的效应是二次电子发射（secondary electron emission）和后向散射电子（backscattered electron）的产生。
5. 信号收集：通过安装在SEM中的多种探测器，可以收集和测量与电子-样品相互作用相关的信号。
常用的探测器包括：二次电子探测器、后向散射电子探测器、X射线能谱仪等。
6. 信号转换和处理：收集到的信号会经过放大、滤波、数字化
等处理，并转化成图像或谱图。
7. 图像显示：最后，处理好的信号通过计算机和显示器进行图像重建和显示，使得研究人员可以观察到样品表面的微观结构和形貌。
扫描电子显微镜通过以上步骤实现样品表面的高分辨率成像，并能提供有关样品表面化学元素的分布信息。
它在材料科学、生物学、纳米学等领域发挥着重要作用。
SEM(扫描电子显微镜)的原理
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。
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扫描电子显微镜成像原理及基本操作
一、基本结构组成：
1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。
2.扫描系统：扫描信号发生器；扫描放大控制器；扫描偏转线圈。
3.信号探测放大系统：探测二次电子、背散射电子等电子信号。
4.图象显示和记录系统：SEM采用电脑系统进行图象显示和记录。
5.真空系统：常用机械真空泵、扩散泵、涡轮分子泵等使真空度高于10 -4 Torr 。
6.电源系统：高压发生装置、高压油箱。
二、扫描电子显微镜成像原理
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。
三、扫描电镜具有以下的特点
(1) 制样方法简单，对试样的尺寸、形态等无严格要求，可以观察直径为的大块试样以及粉末等。
(2) 场深大，适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。
(3) 放大倍数变化范围大，对于多相、多组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
(4) 具有相当高的分辨率，可达到为3.5 ～6nm。
(5) 可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量，如通过调制可改善图像反差的宽容度，使图像各部分亮暗适中。
(6) 可进行多种功能的分析。
与X 射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析。
(7) 可使用，观察在不同环境条件下（加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验）的相变及形态变化等。
四、扫描电镜的用途
通过样品中的电子激发出的各种信号，扫描电镜可以做出电子图像分析，如可利用二次电子进行样品表面形貌及结构分析的分析；以两片探测器信号做积分运算，通过背散射电子可以分析样品表面成分像，以两片探测器信号做微分运算时，则可用于样品表面形貌像德分析；此外，通过透射电子则可对析晶体的内部结构及晶格信息进行分析。
而且，其配上其它一些配套设备，还可做显微化学成份分析，显微晶体结构分析，显微阴极发光图像分析，这更加扩大的扫描电镜的广泛
应用度。
常见的扫描电镜配套设备主要有：x射线波谱仪、x射线能谱仪、结晶学分析仪、阴极发光图像分析仪等。
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