扫描电镜SEM应用简介1
SEM的原理及应用
SEM的原理及应用1. SEM的原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束扫描样品表面来获取高分辨率图像的仪器。
SEM基于电子-物质相互作用的原理来实现显微级别的图像观察。
SEM工作原理如下： 1. 电子源产生电子束； 2. 电磁透镜系统聚焦电子束； 3.电子束通过光学系统的聚焦，形成细小的电子束聚集在样品表面； 4. 电子束作用在样品表面，与样品中的原子和分子发生相互作用，产生多种信号； 5. 接收和检测信号，转换为图像。
SEM利用电子-物质相互作用的不同信号来获取样品表面形貌、元素成分等信息，包括： - 发射电子图像（SE图像） - 反射电子图像（BSE图像） - 色彩增强图像 - 电子能谱图像（EDS图像）2. SEM的应用SEM在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个主要的应用领域：2.1 材料科学与工程•表面形貌观察：SEM能够提供高分辨率的表面形貌图像，用于研究和分析各种材料的表面结构和形貌特征，如金属材料的晶粒形貌、陶瓷材料的断裂表面、聚合物材料的纹理等。
•表面成分分析：利用SEM联合能谱仪（EDS）可以获取不同化合物、合金等材料的元素成分分布情况。
这对于材料的组成分析、缺陷分析、晶界分析等都具有重要意义。
•纳米材料研究：SEM能够观察到纳米级的样品表面形貌，提供了研究纳米材料的重要手段。
同时，其高分辨率的成像能力也为纳米颗粒的计数和大小分布提供了便利。
2.2 生命科学与医学•细胞结构观察：SEM可以观察细胞的形态结构，揭示细胞器官、薄壁和膜的分布情况。
其高分辨率的成像能力对于细胞学研究和生物医学研究具有重要意义。
•组织形态学研究：SEM可以观察组织的微观形态，展示不同组织及其细胞之间的连接和结构特点。
这对于研究器官的形态和结构、诊断病理等都具有重要价值。
•生物材料研究：SEM提供了一种评估生物材料表面形态和微观结构的手段，用于研究材料的生物相溶性、微生物黏附、组织工程等。
扫描电镜sem
扫描电镜（SEM）简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束对样品表面进行扫描的显微镜。
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视野，使得它成为材料科学、生命科学和物理科学等领域中常用的研究工具。
SEM通过利用电子多次反射，将样品表面的形貌细节放大数千倍，可以观察到微观结构，比如表面形态、粗糙度、纳米级颗粒等。
SEM通常需要真空环境下操作，因为电子束在大气压下很快会失去能量而无法达到高分辨率。
工作原理SEM的工作原理可以简单地分为以下几步：1.电子发射：SEM中，通过热发射或场发射的方式产生电子束。
这些电子被加速器加速，形成高速的电子流。
电子束的能量通常在10-30 keV之间。
2.样品照射：电子束通过一个聚焦系统照射到样品表面。
电子束与样品原子发生相互作用，从而产生各种现象，比如电子散射、透射和反射。
3.信号检测：样品与电子束发生相互作用后，产生的信号会被探测器捕获。
常见的SEM信号检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
这些探测器可以测量电子信号的强度和性质。
4.信号处理和图像生成：SEM通过对探测到的信号进行处理和放大，生成图像。
这些图像可以显示出样品表面的微观结构和形貌。
应用领域SEM在许多科学领域中都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：材料科学SEM可以用于研究材料的结构和形态。
它可以观察微观缺陷、晶体结构、纳米颗粒等材料细节。
这对于材料工程师来说非常重要，可以帮助他们改进材料的性能和开发新的材料。
生命科学SEM可以用于观察生物样品的微观结构。
比如，它可以观察细胞的形态、细胞器的分布和细胞表面的纹理。
这对于生物学家来说非常重要，可以帮助他们了解生物体的结构和功能。
纳米科学SEM在纳米科学领域中也有广泛的应用。
通过SEM可以对纳米材料进行表面形貌和结构的观察。
它可以显示出纳米结构的细节，帮助科学家研究纳米颗粒的组装、层析和相互作用等现象。
扫描电子显微镜(SEM)简介
完成观察后，关闭扫描电子显微镜主机和计 算机，清理样品台，保持仪器整洁。
注意事项
样品求
确保样品无金属屑、尘埃等杂质，以 免损坏镜体或影响成像质量。
避免过载
避免长时间连续使用仪器，以免造成 仪器过载。
保持清洁
定期清洁扫描电子显微镜的镜头和样 品台，以保持成像清晰。
操作人员要求
操作人员需经过专业培训，了解仪器 原理和操作方法，避免误操作导致仪 器损坏或人员伤害。
操作方式
有些SEM需要手动操作，而有 些型号则具有自动扫描和调整 功能。
适用领域
不同型号的SEM适用于不同的领 域，如材料科学、生物学等，选
择时应考虑实际应用需求。
04
SEM的操作与注意事项
操作步骤
01
02
03
开机与预热
首先打开电源，启动计算 机，并打开扫描电子显微 镜主机。预热约30分钟， 确保仪器稳定。
场发射电子源利用强电场作用下的金属尖端产生电子，具有高亮度、低束流的优点， 但需要保持清洁和稳定的尖端环境。
聚光镜
聚光镜是扫描电子显微镜中的重 要组成部分，它的作用是将电子 束汇聚成细束，并传递到样品表
面。
聚光镜通常由两级组成，第一级 聚光镜将电子束汇聚成较大直径 的束流，第二级聚光镜进一步缩
小束流直径，提高成像质量。
生态研究
环境SEM技术可以应用于生态研究中， 例如观察生物膜、土壤结构等，为环 境保护和治理提供有力支持。
THANKS
感谢观看
样品放置
将样品放置在样品台上， 确保样品稳定且无遮挡物。
调整工作距离
根据样品特性，调整工作 距离（WD）至适当位置， 以确保最佳成像效果。
操作步骤
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。
论述扫描电镜的原理及应用
论述扫描电镜的原理及应用一、扫描电镜的原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束与样本相互作用产生的信号来获取样本表面信息的仪器。
它能够提供高分辨率、高深度的表面和形貌信息，成为材料科学、生物科学等领域的重要工具。
扫描电镜的原理主要包括以下几个方面：1. 电子光源扫描电子显微镜是使用高能电子束进行成像的，因此需要一个电子光源。
一般采用热阴极或冷阴极发射电子的电子枪作为电子光源。
电子光源在电子束形成中起到了核心的作用。
2. 准直与聚焦准直与聚焦系统是扫描电镜中的重要组成部分。
它通常由准直系统、导向系统和聚焦系统组成。
准直系统用于控制电子束的方向和角度，导向系统用于控制电子束的位置，而聚焦系统则用于将电子束聚焦到一个细小的区域。
3. 样本与扫描盘样本与扫描盘是扫描电镜中的另外两个重要部分。
样本是待观察的对象，它需要被放置在扫描盘上以便与电子束相互作用。
样本的制备与处理对于扫描电镜成像的质量有着重要的影响。
4. 信号检测与处理扫描电子显微镜中，样本与电子束的相互作用会产生多种信号，如二次电子发射、后向散射电子等。
这些信号需要经过特定的检测器进行捕捉，并经过处理后形成最终的图像。
常用的检测器包括二次电子检测器、信号放大器等。
二、扫描电镜的应用扫描电镜具有很多应用领域，下面列举了几个主要的应用方向：1. 材料科学扫描电镜可以用于对材料表面形貌和结构的观察和分析。
通过扫描电镜的高分辨率成像，可以研究材料的晶体结构、相界面、缺陷等信息。
这对于材料的研发、改进和质量控制具有重要意义。
2. 生物科学生物科学中常常需要观察和研究生物细胞、组织和器官的形态和结构。
扫描电镜能够提供高分辨率、高深度的图像，可用于观察细胞表面的超微结构、细胞器的形态以及细胞间相互作用等情况。
扫描电镜在生物学研究中有着广泛的应用。
3. 纳米技术纳米技术是当今科技领域的一个热点，扫描电镜作为纳米尺度下表面形貌观测的有效手段，在纳米技术研究领域得到了广泛应用。
扫描电子显微镜(SEM)-介绍-原理-结构-应用
探头
扫描发生器 显像管
视频放大器
光电倍增管
试样
光导管
试样台
扫描电子显微镜主要由以下四个部分组成： 1. 电子光学系统：作用是获得扫描电子束，
作为信号的激发源。 2. 信号收集及显示系统：作用是检测样品在
入射电子作用下产生的物理信号 3. 真空系统：用来在真空柱内产生真空 4. 电源系统：作用是提供扫描电镜各部分所
3.3 背散射电子
背散射（backscattered）电子是指入射电子在样 品中受到原子核的卢瑟福散射后被大角度反射，再 从样品上表面射出来的电子，这部分电子用于成像 就叫背散射成像。 背散射分为两大类：弹性背散射和非弹性背散射。 弹性散射不损失能量，只改变方向。非弹性散射不 仅改变方向，还损失能量。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。
d4
光电倍增管
d3:扫描系统ຫໍສະໝຸດ 试样光导管d4:试样室
试样台
2.1.1 电子枪
电子枪：钨丝成V形，灯丝中通以加热电流， 当达到足够温度时(一般操作温度为 2700K),发射电子束。在10-6Torr的真空 下，其寿命平均约40—80小时。
电子束 光阑孔
2.1.2 电磁透镜
电磁透镜：透镜系统中所用的透镜都是缩 小透镜，起缩小光斑的作用。缩小透镜 将电子枪发射的直径为30μm左右的电 子束缩小成几十埃，由两个聚光镜和一 个末透镜完成，三个透镜的总缩小率约 为2000~3000倍
03
SEM工作原理
3 扫描电镜成像的物理信号
入射电子轰击样品产生的物理信号
电子束与样品原子间的相互作用是表 现样品形貌和内部结构信息的唯一途 径。入射电子与样品原子中的电子和 原子核会发生弹性碰撞和非弹性碰撞， 所产生各种电子信号和电磁辐射信号 都带有样品原子的信息，从不同角度 反映出了样品的表面形貌、内部结构、 所含元素成分、化学状态等。
SEM原理及应用
SEM原理及应用SEM（扫描电子显微镜，Scanning Electron Microscope）是一种利用电子束与样品相互作用所产生的信号来获取样品形貌和显微结构的仪器。
SEM具有高分辨率、大深度聚焦、大深度及大范围扫描功能，广泛应用于材料科学、生命科学、纳米科学等领域。
SEM的基本原理是利用电子束与样品表面发生的相互作用，通过收集和分析从样品表面反射、散射、发射的不同信号，来获取样品表面形貌和微观结构的信息。
SEM的核心部件包括电子源、电子光学系统、扫描系统和检测器系统。
SEM工作时，电子源产生的高能电子经过电子光学系统的聚焦和条件调节，形成狭窄且高度聚焦的电子束。
这个电子束从样品表面扫描过去，与样品表面相互作用后产生的各种信号被收集和检测。
在SEM中，最常用的信号有二次电子（SE）和反射电子（BSE）。
二次电子是电子束与样品表面物质相互作用后被激发的电子，其能量较低。
BSE是电子束与样品原子核或电子云相互作用后反射的电子，其能量较高。
二次电子主要提供样品表面形貌的信息，而BSE提供样品元素分布和结构的信息。
SEM还可以通过探针束中的激发电子或X射线与样品相互作用，获得样品的成分和元素分布信息。
这些信号经过检测器系统的分析和转换，最终生成图像或谱图，提供样品的显微表面形貌和微观结构信息。
SEM具有以下几个主要应用领域：1.材料科学：SEM可以对材料的微观结构进行研究和观察，包括晶体结构、表面形貌、颗粒分布等。
通过SEM可以研究材料的疏松度、孔隙结构、晶粒分布等性能参数，为材料的设计和性能优化提供依据。
2.生命科学：SEM可以观察和研究生物样品的形态结构，如细胞、细胞器、微生物等。
通过SEM可以研究生物样品的细胞形态、细胞器构成、细胞表面的纳米结构等信息，对生物样品的研究和分析有着重要的应用价值。
3.纳米科学：SEM在纳米科学研究中有着广泛的应用。
通过SEM可以观察和研究纳米材料的形貌、尺寸分布、形态和晶体结构等信息，为纳米材料的合成、性能研究和应用提供基础数据。
扫描电子显微镜的原理及应用
扫描电子显微镜的原理及应用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种使用电子束而不是光束的显微镜，它通过对被测样品表面进行扫描和检测，以获取高分辨率的图像。
SEM具有优秀的分辨率和放大倍数，被广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术、地质学等领域。
SEM的工作原理如下：1. 产生电子束：通过电子枪产生高能电子束，电子枪包括一个热阴极和一根聚焦的阳极。
电子束可以通过区域限制器（aperture）来控制束流的大小。
2.加速电子束：电子束通过电子镜来加速，这是一个由透镜组成的系统。
电子束在电子镜中得到聚焦，束流变窄，成为高能、高分辨率的束流。
3.扫描样品：样品被放置在SEM的样品台上，电子束通过磁场的作用进行X、Y方向扫描。
扫描电子镜的样品台通常也可以进行上下方向的运动，以获得不同深度的图像。
4.接收和检测：当电子束照射在样品表面上时，样品中发生的相互作用将会发射出各种信号，包括二次电子、透射电子、X射线以及退火融合过程产生的光谱信号等。
SEM通过收集并检测这些信号，并将其转化为电信号。
5.构建显像：电信号被转化为亮度信号，并用于构建图像。
SEM可以生成大量的图像类型，包括二次电子图像（SE图像）、透射电子图像（BSE图像）、X射线能谱图（EDS图像）等。
6.分析和测量：SEM可以提供非常详细的样品表面形貌信息，包括形貌、尺寸、形状、纹理等。
还可以使用EDS技术分析样品的化学元素组成。
SEM的应用范围十分广泛：1.材料科学：SEM可以研究材料的微观结构、相变过程、表面形貌以及晶格结构等。
它可以用于分析金属、陶瓷、纤维、塑料等材料的微观结构，从而改进材料的性能和开发新材料。
2.生命科学：SEM非常适合观察生物样品的微观结构，如昆虫、细胞、细菌等。
它可以研究生物样品的组织结构、表面形貌，以及细胞壁、细胞器等微观结构。
3.纳米技术：SEM可以观察和测量纳米级别的颗粒、膜、纳米线、纳米管等纳米材料。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
能谱分析
分辨率：129eV (MnK) 选区分析 线扫描 面扫描
能谱仪
EDX 选区分析
ＥＤＸ线扫描
400 350 300 250 200 150 100 50 0 1 46 91 136 181 226 271 316 361 406 451 496
Ni
La
O
EDX Map
SE
LaL
NiK
OK
扫描电镜样品的制备
1.要求干净，干燥的块状或粉末样品，尺寸 最好不大于φ20×10mm。 2. 断口样品：要求是干净、新鲜的表面，最 好断面平整。 3.非金属样品最好在真空镀膜机中喷镀金、 铝或碳，以保证样品导电性良好；或者采 用低真空操作模式。
电镜操作的基本步骤
作为放大镜须掌握的技能
样品初始高度的调整 聚焦：正焦、欠焦、过焦 像散及消除 亮度、对比度
像散
过焦 正焦 欠焦
像散影响
1 3 2 4
1正焦无像散 2正焦有像散 3欠焦有像散
4过焦有像散
扫描电镜图象及衬度
Hale Waihona Puke 二次电子像背散射电子像
二次电子象
二次电子象是表面形貌衬度，它是利用 对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调 节信号得到的一种象衬度。因为二次电子信 号主要来处样品表层5－10nm的深度范围， 它的强度与原子序数没有明确的关系，便对 微区表面相对于入射电子束的方向却十分敏 感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于 显示形貌衬度。
电镜应用简介1
扫描电镜
扫描电镜的工作原理
扫描电镜的工作原理 可以简单地归纳为 “光栅扫描，逐点成 像”。 扫描电镜图像的放大 倍数定义为 M=L/l
L显象管的荧光屏尺寸；l电 子束在试样上扫描距离。
扫描电镜的主要性能与特点
放大倍率高（M=Ac/As） 分辨率高（d0=dmin/M总） 景深大（F≈ d0/β） 保真度好 样品制备简单
凸凹不平的样品表面所产生的二次电 子，用二次电子探测器很容易全部被收集， 所以二次电子图像无阴影效应，二次电子 易受样品电场和磁场影响。二次电子的产 额δ∝ K/cosθ K为常数，θ为入射电子与样品表面法 线之间的夹角， θ角越大，二次电子产额越高，这表明 二次电子对样品表面状态非常敏感。
背散射电子像
1制样 2抽真空 3调整样品高度：先聚焦清晰，确定样品高 度，再设定为10mm 4选定HV及SPOT SIZE，开始工作。 5聚焦-消像散直至满意，记录图像。 6工作结束，HV OFF。样品归位。 7真空放气，换样品。
实验中注意事项
多样品时试样高低尽可能一致 绝缘材料的喷金问题 观测纳米结构尽量不喷金 多余粉末样品一定要吹走 溶液样品要考虑干燥后可溶杂质的残留 注意分析手段的分辨率 研究工作态度端正，不能专挑好看的 注意平衡测量进度与拍照质量
背散射电子是指入射电子与样品相 互作用(弹性和非弹性散射 )之后，再次 逸出样品表面的高能电子，其能量接近 于入射电子能量( E。)。背射电子的产 额随样品的原子序数增大而增加，所以 背散射电子信号的强度与样品的化学组 成有关，即与组成样品的各元素平均原 子序数有关。
两种图像的对比
锡铅镀层的表面图像（a）二次电子图像（b）背散射电子图像