扫描电子显微镜分析
扫描电子显微镜实验报告
扫描电子显微镜实验报告扫描电子显微镜实验报告引言：扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种现代化的显微镜技术，可用于观察微观尺度的物体表面形貌和结构。
本实验旨在通过使用扫描电子显微镜，对不同样本进行观察和分析，以了解其微观结构和特征。
实验方法：本次实验使用的扫描电子显微镜为型号为SEM-1000，工作电压为10 kV。
首先，准备好待观察的样本，包括金属表面、植物细胞和昆虫翅膀等。
接下来，将样本放置在扫描电子显微镜的样品台上，并调整好位置。
然后，打开电子显微镜的电源，调节电压和放大倍数，以获得清晰的图像。
最后，通过控制显微镜上的控制杆，移动电子束和样品，以获取不同角度和放大倍数下的图像。
实验结果：1. 金属表面观察：在扫描电子显微镜下，金属表面的微观结构和特征得以清晰展现。
可以观察到金属表面的晶粒结构、颗粒大小和形态等信息。
通过调整电子束的角度和放大倍数，可以更加详细地观察到金属表面的纹理和缺陷。
这些观察结果对于研究材料的力学性能和表面处理等方面具有重要意义。
2. 植物细胞观察：通过扫描电子显微镜，我们可以深入研究植物细胞的微观结构。
观察到的细胞表面纹理、细胞壁的厚度和孔隙等特征，有助于理解植物细胞的生长和发育过程。
此外，通过显微镜的高分辨率成像，可以观察到细胞器如叶绿体、核糖体等的形态和分布情况，进一步揭示细胞的功能和代谢过程。
3. 昆虫翅膀观察：昆虫翅膀是自然界中一种独特的结构，通过扫描电子显微镜的观察，我们可以更好地了解其微观特征。
昆虫翅膀表面常常具有复杂的纹理、鳞片和毛发等结构，这些结构对于昆虫的飞行和保护具有重要作用。
通过扫描电子显微镜的高分辨率成像，我们可以观察到昆虫翅膀表面的微观结构，揭示其形成和功能机制。
讨论与结论：通过本次实验，我们深入了解了扫描电子显微镜的原理和应用。
扫描电子显微镜具有高分辨率、高放大倍数和广泛的适用范围等优点，对于研究材料科学、生物学和昆虫学等领域具有重要意义。
扫描电镜显微分析报告
扫描电镜显微分析报告一、引言扫描电镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束对样品表面进行扫描观察和显微分析的仪器。
其分辨率比光学显微镜要高很多，可以清晰显示样品表面的形态和结构。
本次实验使用SEM对样品进行了显微分析，并编写下述报告。
二、实验目的1.了解SEM的基本原理和工作方式；2.观察样品表面的形态和结构；3.通过SEM图像分析，获取样品的组成成分和晶体形貌信息。
三、实验步骤1.准备样品，将其放在SEM样品台上；2.调节SEM参数，包括加速电压、工作距离、扫描速度等；3.进行扫描观察，获取SEM图像；4.根据SEM图像进行显微分析，分析样品的形态、结构和成分。
四、实验结果经过扫描电镜观察，我们获得了样品表面的SEM图像。
该样品是一块金属材料，其表面呈现出颗粒状的结构。
颗粒大小不均匀，分布较为稀疏。
部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平的现象。
通过放大图像，我们可以看到颗粒呈现出不规则的形态和表面结构。
根据样品的形态和颗粒特征，我们推测该样品可能是一种金属合金。
颗粒的大小和分布情况表明，在合金制备过程中，可能存在着颗粒的生长过程或者晶体相变的情况。
我们还可以观察到部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平，这可能与金属材料在制备、处理或使用过程中的应力释放有关。
通过对SEM图像的分析，我们得到了样品的表面形貌和结构信息，但对于其具体的成分和晶体形貌仍需要进一步的分析。
五、实验结论本次实验使用扫描电镜对样品进行了显微分析，并获得了样品的SEM图像。
1.样品表面呈现颗粒状结构，颗粒大小分布不均匀；2.部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平的现象；3.样品可能是一种金属合金，颗粒的形态和分布情况可能与晶体相变和应力释放有关。
对于SEM图像中的颗粒成分和晶体形貌信息，我们需要进一步的分析才能得出准确的结论。
比如可以使用能谱仪对样品进行能谱分析，确定其具体的成分元素；还可以进行X射线衍射分析，获取样品的晶体结构参数。
13.扫描电子显微分析
第十三章扫描电子显微分析由于透射电镜是利用穿透样品的电子束进行成像的，这就要求样品的厚度必须保证在电子束可穿透的尺寸范围内。
为此需要通过各种较为繁琐的样品制备手段将大尺寸样品转变到透射电镜可以接受的程度。
能否直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像，成为科学家追求的目标。
经过努力，这种想法已成为现实-----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。
第一节扫描电镜的工作原理工作过程：由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压作用下，经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。
在末级透镜上边装有扫描线圈。
在它的作用下使电子束在样品表面扫描。
由于高能电子束与样品物质的交互作用，结果产生了各种信息：二次电子、背反射电子、吸收电了、X射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子等。
这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像管的栅极上，调制显像管的亮度。
由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，也就是说，电子束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一个亮点。
扫描电镜就是这样采用逐点成像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序、成比例地转换为视频信号，完成一帧图像。
从而使我们在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像。
第二节扫描电镜的结构扫描电镜包含以下部分：1. 电子光学部分该系统由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。
它的作用与透射电镜不同，仅仅用来获得扫描电子束。
显然，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。
（1）电子枪目前使用中的扫描电镜大多为普通热阴极电子枪，由于受到钨丝阴极发射率较低的限制，需要较大的发射截面，才能获得足够的电子束强度。
其优点是灯丝价格较便宜，对真空度要求不高，缺点是钨丝热电子发射效率低，发射源直径较大，即使经过二级或三级聚光镜，在样品表面上的电子束斑直径也在5~7nm，因此仪器分辨率受到限制。
材料分析中的扫描电子显微镜技术
材料分析中的扫描电子显微镜技术材料科学作为一门重要的研究领域，广泛应用于各个行业。
其基本原理是通过对材料的物理性质和结构进行研究，以提高材料的性能和功能。
在材料分析中，扫描电子显微镜（SEM）技术是一种非常重要的工具，能够提供高分辨率和大深度的观察和分析。
扫描电子显微镜是一种应用电子束技术的显微镜，其工作原理是通过聚焦的电子束扫描待观察的材料表面，然后通过探测器捕捉并记录反射的电子束信号。
与传统光学显微镜相比，SEM具有更高的分辨率和更大的深度。
它可以观察到材料的表面形貌、形状和大小，并提供其它有关材料结构和成分的信息。
SEM技术在材料科学中的应用非常广泛。
首先，它可以用来观察和分析材料的表面形貌和结构。
通过SEM观察材料的表面形貌，我们可以了解材料的纹理、孔隙结构和表面粗糙度等特征。
这对于研究材料的界面性质、材料的耐磨性和材料与环境的相互作用具有重要意义。
此外，SEM还可以提供材料的成分分析。
通过利用扫描电子显微镜上的能谱仪，我们可以获取X射线能谱信息，进而分析材料的元素组成和含量。
这对于材料的合成、纯度和混杂物含量的研究非常重要。
同时，SEM技术还可以通过电子束与材料的相互作用，提供对材料电荷分布、晶体结构和缺陷等性质的观察和分析。
扫描电子显微镜技术的应用不仅局限于材料科学领域。
在生物学、医学和环境科学等其他领域，SEM也发挥着重要作用。
在生物学中，SEM可以用来观察和分析生物细胞、组织和微生物的形态特征。
在医学中，SEM可以用于研究病毒、细菌和肿瘤细胞的形态、结构和成分。
在环境科学中，SEM可以用来观察和分析大气颗粒、水质颗粒和土壤颗粒等微观颗粒的形貌和成分，从而帮助我们研究环境中的污染物和微观生物。
尽管SEM技术在材料科学和其他领域中得到广泛应用，但它并非没有一些限制。
首先，SEM技术对样品的制备要求较高，样品需要进行表面处理和真空吸附，以确保电子束的穿透性和样品的稳定性。
此外，SEM分析所需的仪器和设备也相对昂贵，对于一些小型研究实验室来说可能存在一定的经济压力。
扫描电子显微镜与能谱分析
进行成分分析。如果用X射线探测器测到了样品微区中存
在某一特征波长，就可以判定该微区中存在的相应元素。
六、俄歇电子
• 如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能 量E不以X射线的形式释放，而是用该能量将核 外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种 二次电子叫做俄歇电子。
• 因每一种原子都有自己特定的壳层能量，所以它 们的俄歇电子能量也各有特征值，一般在50-1500 eV范围之内。俄歇电子是由试样表面极有限的几 个原于层中发出的，这说明俄歇电子信号适用于 表层化学成分分析。
• 由于镜筒中的电子束和显像管中的电子束 是同步扫描，荧光屏上的亮度是根据样品 上被激发出来的信号强度来调制的，而由 检测器接收的信号强度随样品表面状态不 同而变化，从而，由信号检测系统输出的 反映样品表面状态特征的调制信号在图像 显示和记录系统中就转换成一幅与样品表 面特征一致的放大的扫描像。
3．真空系统和电源系统
特点
• 可做综合分析。 • SEM装上波长色散X射线谱仪（WDX）（简称
波谱仪）或能量色散X射线谱仪（EDX） （简称能谱仪）后，在观察扫描形貌图像 的同时，可对试样微区进行元素分析。
• 装上不同类型的试样台和检测器可以直接 观察处于不同环境（加热、冷却、拉伸等） 中的试样显微结构形态的动态变化过程 （动态观察）。
K
hc EK EL2
• 式中，h为普朗克常数，c为光速。对于每一元素，EK、
EL2都有确定的特征值，所以发射的X射线波长也有特征值，
这种X射线称为特征X射线。
• •
X射线的波长和原子序数之间服从莫塞莱定律： (2)
Z
K
2
• 式中，Z为原子序数，K、为常数。可以看出，原子序数
SEM和EDS的现代分析测试方法
SEM和EDS的现代分析测试方法SEM（扫描电子显微镜）和EDS（能量散射X射线分析）是一对常用于材料科学和地质学等领域的现代分析测试方法。
SEM利用电子束扫描样品表面，通过获取样品表面的电子信号来生成高分辨率的图像；EDS则通过分析样品表面散射的X射线能谱来确定样品元素的组成。
这两种技术的结合能够提供精确的显微结构和化学成分信息，为材料研究和质量控制提供了有力的分析手段。
SEM主要通过扫描电子束在样品表面的不同位置进行扫描，利用激发的次级电子、反射电子和主束电子回散射的电子等不同信号来获得样品表面的形貌信息。
相对于光学显微镜，SEM具有更高的分辨率和放大倍数，能够观察到更小尺寸的细节结构。
此外，SEM还可以通过选择不同的操作模式（如反射电子显微镜模式和透射电子显微镜模式）来观察不同类型的样品，如金属、陶瓷、生物样品等。
在材料科学领域，SEM常用于观察样品中的晶体结构、颗粒形貌、纤维组织等微观结构。
EDS是SEM的一个重要附属技术，它通过分析样品表面散射的X射线能谱来确定样品元素的组成。
当电子束轰击样品表面时，样品中的原子会激发出一系列特征X射线。
这些X射线的能量和强度与样品中元素的种类和含量有关。
EDS系统可以通过收集散射的X射线并对其进行能量谱分析，从而确定样品中存在的元素及其相对含量。
EDS不仅能够提供定性分析结果，还可以通过比对与标准参考谱库进行定量分析，得到精确的元素含量。
SEM-EDS组合技术具有广泛的应用范围。
在材料科学中，它可以用于研究材料的显微结构、相变、晶粒生长等问题。
例如，可以通过SEM观察金属材料中的晶粒尺寸和分布，进而对材料的力学性能和导电性能进行评估。
同时，通过使用EDS技术，还可以分析材料中微量元素的含量，进一步揭示材料的化学成分和微观特征。
总之，SEM和EDS是一对功能强大的现代分析测试方法。
它们可以提供高分辨率的显微结构和准确的化学组分信息，而且应用范围广泛，适用于材料科学、地质学、生物学和环境科学等领域的研究和应用。
利用扫描电子显微镜分析纳米材料的结构
利用扫描电子显微镜分析纳米材料的结构随着科技的发展，纳米材料已经成为了一个热门话题。
因为纳米材料比普通材料具有更多的特性，例如更高的比表面积、更高的催化活性等等。
但是，与普通材料相比，纳米材料的结构极其微观，想要研究它们的性质就需要使用先进的分析方法。
其中，扫描电子显微镜(SEM)是一种非常有效的工具，可以用来研究纳米材料的结构。
一、扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜是一种利用高速流动的高能电子来扫描样品表面并获得其表面形貌、成分及材料结构等信息的仪器。
这种仪器的原理是，将高能电子注入样品的表面，使得样品表面的原子受到电子碰撞并发生能量转移和电离等变化，从而产生大量的次级电子、散射电子以及背散射电子等，这些电子将被快速探测并成像。
通过对这些电子信号的分析，可以得到样品表面的形貌、成分及材料结构等信息。
二、利用SEM分析纳米材料的结构SEM在纳米材料研究领域具有广泛的应用。
通过SEM可以观察到纳米材料的形貌、尺寸和组成成分，进而分析其物理、化学、结构、电子等性质。
比如，通过SEM可以观察到纳米材料表面的量子效应等结构性质，进一步探索其特殊的物理化学性质。
另外，SEM还可以用来研究纳米材料的晶体结构和微观结构。
SEM可以通过电子衍射技术来观察材料的衍射图样，得到样品的晶体结构信息；也可以使用高分辨率SEM(HRSEM)来研究样品的微观结构以及界面态，进一步探索其电子性质。
三、 SEM分析纳米材料的挑战尽管SEM在纳米材料研究领域具有广泛的应用，但也存在着一些挑战。
其中一个挑战是，由于SEM使用的是高能电子束来照射样品表面，很容易对纳米材料的结构和性质产生不可逆的损伤或改变。
为了避免这种情况，需要对SEM的参数进行优化，比如选择适当的加速电压和样品倾斜角度等。
另外一个挑战是，由于SEM是一种表面分析技术，只能获得样品表面的信息，对于纳米材料的内部结构难以观察。
为了获取纳米材料更为详细的结构信息，还需要使用其他像透射电子显微镜和X射线衍射等高级技术。
扫描电子显微镜分析
扫描电子显微镜分析扫描电子显微镜是利用入射电子从试样中激发的各种信号成像，对试样表面举行形貌观看、x射线微区化学分析。
扫描电子显微镜应用范围涉及各行各业，凡是用光学显微镜的地方，凡是需要亚显微结构、超微结构的形态讨论和成分分析的地方，都可以用法扫描电子显微镜。
扫描电子显微镜在微生物形态讨论中，也得到了广泛应用。
一、吸附铅及吸附一浮选铅后扫描电镜观看苦味诺卡菌、草分枝杆菌和胶质芽在pH=5时吸附铅及用十二胺作捕收剂浮选吸附铅后的微生物。
在pH=6条件吸附铅及吸附-浮选铅后苦味诺卡菌的扫描电镜照片。
在pH=6条件吸附铅及吸附一浮选铅后草分枝杆菌的扫描电镜照片。
在pH=6条件吸附铅及吸附一浮选铅后胶质芽孢杆菌的扫描电镜照片。
吸附铅离子后，苦味诺卡菌的菌体发生膨胀，局部表面聚拢有大量絮状物和团状物；草分枝杆菌的菌体中部发觉塌陷，表面变得高低不平，菌体粗糙有绒毛状物豁附；胶质芽孢杆菌吸附后的细胞表面能观看到一层致密的极小颗粒状物，形状变得不规章，菌体表面浮现皱褶收缩。
苦味诺卡氏菌、草分枝杆菌和胶质芽孢杆菌3种菌株经过吸附一浮选以后，菌体都变粗膨胀，表面黏附有一层绒状物，而且简单粘连成片。
二、吸附镉及吸附-浮选镉后微生物扫描电镜观看沟戈登菌、胶质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌分离在pH=6、5、8时吸附电镀废水中镉及以为捕收剂浮选吸附镉后的微生物。
吸附镉及吸附-浮选电镀废水中福后沟戈登菌的扫描电子显微镜形貌。
吸附镉及吸附-浮选电镀废水中镉后胶质芽孢杆菌的扫描电子显微镜形貌。
吸附镉及吸附-浮选电镀废水中镉后枯草芽孢杆菌的扫描电子显微镜形貌。
工业废菌及水洗工业废菌在pH为7时吸附电镀废水中镉后的扫描电子显微镜形貌。
沟戈登菌吸附镉后，细胞略弯曲，外形未发生显然变幻，菌体略显含糊和肿胀。
吸附-浮选镉后，菌体变短、变粗，菌体表面有粘连物。
胶质芽孢杆菌吸附锡后，细胞外形同样未发生显然变幻，菌体略显含糊和肿胀。
吸附-浮选镉后，菌体变得越发含糊肿胀，体积略显缩小，菌体表面也附有粘连物。
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二次电子
ESE<50eV
10nm
更深处的二次电子 (主要是价电子)由于能 量小而无力逸出表面
二次电子 收集极 加速极
光电倍增管
样品
二次电子 发射系数
1 cos
0
10 20 30 40 50 60 70 8
theta/ °
0
0
L
45
2L
60
2L
electrons
153280 710 1329 1603 1750 2643 2913 3182 1083
800 1600 2400 3200 -1 Raman Shift / cm
Intensity
煤 矸 石
Raman Shift/cm-1
50 micron
50 micron
Li
Ls
Li M Ls
减小 扫描幅 度，可 以提高 放大倍 数。
有效放大倍数
将样品细节放大到人眼 刚能看清楚的放大倍数。
人眼分辨本领 M 有效 仪器分辨本领 0.1mm 0.1mm 10 , 000 5 10nm 110
分辨率无法通过 图像的放大来提高
粉煤灰
2 micron
蜘蛛毛
(伪彩色)
2000
10 micron
荧光粉 (ZnS)
1 micron
100,000X
200,000X
500,000X
1 kV
30 kV
扫 描 电 镜 成 像
背散射电 子检测器
二次电子 检测器
二次电子像
二次电子像是扫描电 镜中应用最广泛、分辨 本领最高的一种图像
10 micron
二次电子像反映形貌特征 背散射电子像反映元素分布
2 micron
煤矸石
207 464 2636 2917 3194
800 1600 2400 3200 Raman Shift / cm-1
1320 1605
Intensity
煤 矸 石
Raman Shift/cm-1
5 micron
10 micron
对比度
二次电子收集
5
5 mm
5
Nature,200,404:243
100nm
生长在碳电极表面上的纳米“碳树”
5 micron
1 micron
多孔SiC
二次电 子像的景 深比光学 显微镜的 大得多。 10 micron
大 眼 睛 !
大 眼 睛？
100 micron
背散射电子像
调节电 子束强度 调节电子 束斑大小
电子枪 阳极 聚光镜 光栏 聚光镜
物镜光栏 物镜 样品
扫描线圈 磁场驱动电子 束在样品表面 作光栅式逐点 扫描。
“物点” 与“象点” 在时间和 空间上一 一对应。
每张图 像像素超 过100万.
SEM放大倍数 荧光屏的边长 M 电子束的扫描宽度
100mm M 100 1mm
二次电子E<50eV 背散射电 子E>50eV
1 m
二次电子 收集极 加速极
光电倍增管
样品
检测器
背散射电子收集
背散射系数
n背散射电子数 N 入射电子数
ln Z 1 4 6 0.5
0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
0.0254 0.016Z 4 2 1.86 10 Z 7 3 8.3 10 Z
20 40 60 80 100 Atomic Number
背散射电子像是低分 辨率(60-100 nm)原子 序数像； 背散射电子像包含表 面平均原子序数分布和 形貌特征信息。
Au Ni
Cu
卡式插口断面
10 micron
细菌上附着的金粒子
1 micron
B4C中的TiB2
50 micron
图束 与物质相互作用所产生的二 次电子、背散射电子和X射 线进行成像和分析的仪器。
高能电 子经会聚透 镜和物镜聚 焦，在样品 表面形成一 细电子束。
电子枪 阳极 聚光镜 光栏 聚光镜 物镜光栏
物镜 样品
通常使 用多个磁透 镜，使电子 束交叉斑缩 小至5nm～ 1μm。
Scanning Electron Microscope
世界上第 一张SEM 照片 (1935)
第一台结构 完整的SEM (1951) Cambridge University
第一台 商品 SEM (1965)
SX-40
Akashi Seisakusho Ltd.
S-4800型 场发射SEM (Hitachi)