简述扫描电镜的构造及成像原理资料讲解
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，它利用电子束代替光束进行成像，可以观察到物质的表面形貌和微观结构。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
一、电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，利用热电子发射原理产生高能电子束。
热阴极电子枪由电子发射体、聚焦极和加速极组成。
当电子发射体受到加热后，产生的热电子经过聚焦极的聚焦作用，形成一个细束电子束。
二、电子束的聚焦和加速经过电子源产生的电子束，会经过一系列的透镜系统进行聚焦和加速。
透镜系统由一组磁透镜和电透镜组成，它们分别通过调节磁场和电场来控制电子束的聚焦和加速。
通过透镜系统的调节，可以使电子束变得更加细致和聚焦，从而提高成像的分辨率。
三、样品的准备和固定在进行扫描电镜观察之前，需要对样品进行准备和固定。
通常情况下，样品需要经过化学固定、脱水、金属浸渍等处理步骤，以保持样品的形态结构和细节，并提高电子束的透射性。
四、样品的扫描和成像在样品固定后，将样品放置在扫描电镜的样品台上。
电子束从电子源发射出来后，经过透镜系统的聚焦和加速后，进入扫描线圈系统。
扫描线圈系统通过控制电子束的扫描范围和速度，使电子束在样品表面进行扫描。
扫描过程中，电子束与样品表面相互作用，产生多种信号。
五、信号的检测和处理样品与电子束相互作用后，会产生多种信号，包括二次电子、反射电子、背散射电子、X射线等。
这些信号被检测器接收到后，会转换成电信号，并经过放大和处理。
最终，通过将信号转换为图像，可以观察到样品表面的形貌和微观结构。
六、图像的显示和分析通过信号的检测和处理后，得到的图像可以通过显示器进行观察。
扫描电镜图像通常呈现出高对比度和高分辨率的特点，可以清晰地显示样品表面的细节和结构。
同时，还可以利用图像处理软件对图像进行后期处理和分析，如测量样品表面的尺寸、形状等。
总结：扫描电镜通过利用电子束代替光束进行成像，能够观察到物质的表面形貌和微观结构。
简述扫描电镜的构造及成像原理资料讲解
简述扫描电镜的构造及成像原理资料讲解简述扫描电镜的构造及成像原理，试分析其与透射电镜在样品表征方面的异同1、扫描电镜的构造扫描电镜由电子光学系统、信号收集和图像显示系统、和真空系统三部分组成。
1.1 电子光学系统（镜筒）电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。
1.1.1 电子枪扫描电子显微镜中的电子枪与透射电镜的电子枪相似，只是加速电压比透射电镜低。
1.1.2 电磁透镜扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用，而是做聚光镜用，它们的功能只是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um的束斑缩小成一个只有数个纳米的细小斑点，要达到这样的缩小倍数，必须用几个透镜来完成。
扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜，可把电子束光斑缩小，第三个聚光镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。
布置这个末级透镜（习惯上称之物镜）的目的在于使样品室和透镜之间留有一定空间，以便装入各种信号探测器。
扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。
采用普通热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可达到6nm左右。
若采用六硼化镧阴极和场发射电子枪，电子束束径还可进一步缩小。
1.1.3 扫描线圈扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。
1.1.4 样品室样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
各种不同信号的收集和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。
样品台本身是一个复杂而精密的组件，它应能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜和转动等运动，以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
新式扫描电子显微镜的样品室实际上是一个微型试验室，它带有许多附件，可使样品在样品台上加热、冷却和进行机械性能试验（如拉伸和疲劳）。
扫描电子显微镜的构造和工作原理
扫描电子显微镜的构造和工作原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它通过使用聚焦的电子束来替代传统显微镜中使用的光束，从而能够观察到非常小尺寸的物体或细节。
SEM的构造和工作原理如下：构造：1.电子源：SEM使用热电子发射或场致发射的方式产生电子束。
常用的电子源是热丝电子枪，其中一个被称为热阴极的钨丝加热电子产生材料，产生电子束。
2. 电子透镜系统：SEM中有两个电子透镜，分别称为透镜1（即准直透镜）和透镜2（即聚经透镜）。
透镜1和透镜2的作用是使电子束呈现较小的束斑（electron beam spot），从而提高分辨率和放大率。
3. 检测系统：SEM的检测系统包括两个主要部分，即二次电子检测器（Secondary Electron Detector，SED）和回散射电子检测器（Backscattered Electron Detector，BED）。
SED主要用于表面形貌观察，它能够检测到由扫描电子激发的二次电子。
BED则用于分析样品的成分和区分不同物质的特性。
4.微控样品台：SEM中的样品台可以精确调整样品位置，使其与电子束的路径重合，并且可以在不同的方向上转动，以便于观察不同角度的样品。
5.显示和控制系统：SEM使用计算机控制系统来控制电子束的扫描和样品台的移动，并将观察结果显示在计算机屏幕上。
工作原理：1.电子束的生成：SEM中的电子源产生高能电子束。
电子源加热电子发射材料，如钨丝，产生高速电子束。
2.电子透镜系统的聚焦：电子束经过透镜1和透镜2的聚焦，使其呈现出较小的束斑。
3.样品的扫描：样品台上的样品被置于电子束的路径中，并通过微控样品台控制样品的位置和方向。
电子束扫描过样品表面，通过电磁透镜和扫描线圈控制电子束的位置。
4.二次电子和回散射电子的检测：电子束与样品相互作用时，会产生二次电子和回散射电子。
二次电子是由电子束激发样品表面产生的电子，可以用来观察样品的表面形貌。
扫描电镜工作原理科普
扫描电镜工作原理科普扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察材料表面形貌和获得微观结构图像的仪器。
与传统的光学显微镜相比，扫描电镜能够提供更高的分辨率和更大的放大倍数，因此在材料科学、生物学、纳米技术等领域被广泛应用。
下面将从工作原理、构成和应用角度对扫描电镜进行科普。
一、工作原理：扫描电镜的工作原理主要是利用电子的特性来实现高分辨率成像。
其基本原理可以概括为以下几个步骤：1.电子束的产生：扫描电镜中使用的是电子束而非光线，电子束通过热发射、场致发射等方式产生。
2.电子束的聚焦：电子束通过聚焦系统进行聚焦，使其能够更准确地照射到样品表面。
3.电子束的扫描：电子束通过扫描系统进行规律的扫描，以便覆盖样品表面的各个区域。
4.电子束与样品的相互作用：电子束照射到样品表面时，会与样品中的电子、原子发生相互作用，产生散射、透射、反射等现象。
5.信号的采集：根据与样品相互作用产生的信号，通过相应的探测器进行采集。
6.图像的生成：通过采集到的信号，经过信号处理和图像重构，最终生成样品的形貌图像。
二、构成：扫描电镜由以下几部分组成：1.电子枪：用于产生电子束的装置，通常采用热阴极或场致发射阴极。
2.聚焦系统：用于将电子束进行准确的聚焦，以便更好地照射到样品表面。
3.扫描系统：用于对样品表面进行规律的扫描，以便获取样品的整体形貌图像。
4.样品台：用于固定和导热样品，通常具有多种移动方式，以适应不同样品的观察需要。
5.检测器：用于采集样品与电子束相互作用所产生的信号，常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器等。
6.显示和控制系统：用于显示图像、实时调节仪器参数以及采集和处理数据等。
三、应用：扫描电镜在科学研究、工业材料分析和教学实验等领域具有广泛的应用。
其主要应用如下：1.材料科学：扫描电镜可以用于研究材料的表面形貌、结构和成分，对于纳米材料、金属和非金属材料等的表面缺陷、晶体结构以及纳米结构等进行观察和分析。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种通过电子束对样品进行扫描和成像的仪器。
它利用高能电子束与样品相互作用，通过采集和分析所产生的信号来获取样品的表面形貌和成份信息。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
1. 电子源扫描电镜的核心部件是电子源，通常采用热阴极电子枪产生电子束。
热阴极电子枪通过加热阴极产生的热电子，在电场的作用下形成高速电子束。
2. 电子透镜系统电子束从电子源出射后，经过一系列的电子透镜系统进行聚焦和控制。
电子透镜系统包括透镜和电磁场控制系统，通过调节透镜的电压和电流，可以控制电子束的聚焦和扫描速度。
3. 样品台样品台是放置待观察样品的平台，通常由导电材料制成，以便与电子束的相互作用。
样品台可以通过微动装置在XY方向上进行精确的挪移，以便对样品进行扫描。
4. 扫描线圈扫描线圈是用来控制电子束在样品表面上进行扫描的装置。
它通过改变电流的方向和大小，使得电子束可以在样品表面上按照预定的路径进行扫描。
5. 信号检测器当电子束与样品相互作用时，会产生多种不同的信号。
扫描电镜通常配备多种类型的信号检测器，包括二次电子检测器（SE）、反射电子检测器（BSE）、能谱仪等。
这些检测器可以采集和测量不同类型的信号，以获取样品的形貌和成份信息。
6. 显示和图象处理扫描电镜通过信号检测器采集到的信号，经过放大、滤波等处理后，可以得到样品的图象。
这些图象可以通过显示器进行实时观察，并可以进行进一步的图象处理和分析，如增强对照度、测量尺寸等。
扫描电镜工作原理的基本流程如下：1. 打开电子源，产生高速电子束。
2. 通过电子透镜系统对电子束进行聚焦和控制。
3. 将待观察样品放置在样品台上。
4. 通过扫描线圈控制电子束在样品表面上进行扫描。
5. 信号检测器采集和测量与样品相互作用产生的信号。
6. 经过信号处理和图象处理，得到样品的图象。
7. 通过显示器进行实时观察和分析。
扫描电镜的基本结构和工作原理教材
扫描电镜的基本结构和工作原理教材扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察物质表面形貌和成分的高分辨率显微镜。
相比传统光学显微镜，扫描电镜具有更高的放大倍率和更好的分辨率，能够观察到更细微的细节。
一、基本结构扫描电镜主要由电子枪、电子透镜系统、样品台、探测器和显示器等组成。
1. 电子枪：电子枪是扫描电镜的核心部件之一，负责产生高能电子束。
电子枪由热阴极和阳极组成，热阴极通过加热产生热电子，经过加速电场加速后形成电子束。
2. 电子透镜系统：电子透镜系统由多个透镜组成，用于控制电子束的聚焦和聚束。
电子束经过电子透镜系统后，能够形成较小的束斑并具有较高的聚焦度，从而提高分辨率。
3. 样品台：样品台是放置待观察样品的平台，通常由金属材料制成。
样品台上的样品通过调整样品台的位置和角度，可以在电子束下进行观察。
4. 探测器：探测器是用来接收经过样品表面反射或散射的电子信号，并将其转化为图像信号。
常见的探测器有二次电子探测器和反射电子探测器等。
5. 显示器：显示器用于显示扫描电镜观察到的图像，将电子信号转化为可见的图像。
二、工作原理扫描电镜的工作原理基于电子和物质的相互作用。
当高能电子束照射到样品表面时，会与样品中的原子和电子发生相互作用，产生各种信号。
1. 二次电子信号：当电子束照射到样品表面时，会激发样品表面的原子和电子，使其发射出较低能量的二次电子。
二次电子信号的强度与样品表面形貌和成分有关，通过探测器接收并放大二次电子信号，可以得到样品表面形貌的图像。
2. 反射电子信号：部分电子束会被样品表面反射回来，形成反射电子信号。
反射电子信号的强度与样品表面的原子排列和晶体结构有关，通过探测器接收反射电子信号，可以得到样品的晶体结构信息。
3. 辐射光谱：当电子束与样品表面相互作用时，还会产生X射线、荧光和透射电子等辐射。
通过分析这些辐射信号，可以获取样品的元素成分和化学状态等信息。
扫描电镜原理
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3、成像原理、信号采集及应用（2）
二次电子形貌衬度的形成原理：
样品表面倾斜度越小，二次电子产额越少，亮度越低， 反之，样品表面倾斜度越大，二次电子产额越多，亮度越 大。
若样品上：
1. B 面的倾斜度最小， 二次电子产额最少，亮度最低。
2. A 面倾斜度次之，亮度为灰色。
3. C 面倾斜度最大，亮度也最大。
因此，随着原子序数Z的增大，背散射电子产 生的数额越多。故荧光屏上的图像较亮。
利用原子序数造成的衬度变化 可以对各种金属和合金进行定 性的成分分析。 重元素区域：图像上是亮区；
轻元素区域：图像上是暗区。
用背散射电子进行成分分析时，为了避免形貌 程度对原子序数衬度的干扰，背分析样品只进 行抛光，不进行腐蚀。
构造：主机部分与 SEM 相同，只增加了检测X射线的信号的谱仪， 用于检测X射线的特征波长或特征能量。
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1、电子探针显微分析仪的工作原理（1）
电子探针显微分析仪：信号检测系统是 X 射线谱仪。
(1) 波长分散谱仪(WDS) ： 用来测定特征X 射线波长 的谱仪，简称为波谱仪。
(2) 能量分散谱仪(EDS) ： 用来测定 X 射线特征能量 的谱仪，简称为能谱仪。
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扫描电镜结构原理方框图
2、电子与固体作用产生的信号
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特征X射线是当样品原子的内
层电子被入射电子激发或电离时， 原子就会处于能量较高的激发状 态，此时外层电子将向内层跃迁 以填补内层电子的空缺，从而使 具有特征能量的X射线释放出来。 根据莫塞来定律，如果我们用X 射线探测器测到了样品微区中存 在某一种特征波长，就可以判定 这个微区中存在着相应的元素。
根据莫塞莱定律，用 X射线探测 器检测特征X射线，就可判定这 个微区中存在着相应的元素。
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的相互作用来获取样品的表面形貌和成份信息。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
一、电子束的产生与聚焦扫描电镜中的关键部件是电子枪，它通过热发射或者场发射的方式产生高能电子束。
电子束经过聚焦系统，通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和聚焦，从而提高分辨率。
二、样品的制备与加载在进行扫描电镜观察之前，需要对样品进行制备。
常见的样品制备方法包括金属涂层、冷冻切片、离子切割等。
制备完成后，将样品加载到扫描电镜的样品室中。
三、扫描电子显微镜的工作模式1. 透射电子显微镜模式（TEM）透射电子显微镜模式是将电子束穿透样品，然后通过样品上的透射电子显微镜探测器进行成像。
这种模式适合于对样品内部结构的观察，可以提供高分辨率的成像。
2. 扫描电子显微镜模式（SEM）扫描电子显微镜模式是将电子束聚焦到样品表面，然后通过样品表面反射的次级电子、反射电子或者后向散射电子进行成像。
这种模式适合于对样品表面形貌和成份的观察。
四、扫描电子显微镜的成像原理1. 次级电子成像（SEI）次级电子成像是通过探测样品表面次级电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，会产生次级电子。
这些次级电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
2. 反射电子成像（BEI）反射电子成像是通过探测样品表面反射电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，一部份电子会被样品表面反射出来，这些反射电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
3. 后向散射电子成像（BSEI）后向散射电子成像是通过探测样品表面后向散射电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，部份电子会发生散射，并改变其运动方向。
这些后向散射电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
五、扫描电子显微镜的分辨率扫描电子显微镜的分辨率是指它可以分辨出两个相邻物体之间的最小距离。
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简述扫描电镜的构造及成像原理，试分析其与透射电镜在样品表征方面的异同
1、扫描电镜的构造
扫描电镜由电子光学系统、信号收集和图像显示系统、和真空系统三部分组成。
1.1 电子光学系统（镜筒）
电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。
1.1.1 电子枪扫描电子显微镜中的电子枪与透射电镜的电子枪相似，只是加速电压比透射电镜低。
1.1.2 电磁透镜扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用，而是做聚光镜用，它们的功能只是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um的束斑缩小成一个只有数个纳米的细小斑点，要达到这样的缩小倍数，必须用几个透镜来完成。
扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜，可把电子束光斑缩小，第三个聚光镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。
布置这个末级透镜（习惯上称之物镜）的目的在于使样品室和透镜之间留有一定空间，以便装入各种信号探测器。
扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。
采用普通热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可达到6nm左右。
若采用六硼化镧阴极和场发射电子枪，电子束束径还可进一步缩小。
1.1.3 扫描线圈扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。
1.1.4 样品室样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
各种不同信号的收集和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。
样品台本身是一个复杂而精密的组件，它应能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜和转动等运动，以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
新式扫描电子显微镜的样品室实际上是一个微型试验室，它带有许多附件，可使样品在样品台上加热、冷却和进行机械性能试验（如拉伸和疲劳）。
1.2 信号的收集和图像显示系统
二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪烁计数器来检测。
信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。
可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。
如前所述，由于镜筒中的电子束和显像管中电子束是同步扫描的，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出来的信号强度来调制的，因此样品上各点的状态各不相同，所以接收到的信号也不相同，于是就可以在显像管上看到一幅反映试样各点状态的扫描电子显微图像。
1.3 真空系统
为保证扫描电子显微镜电子光学系统的正常工作，对镜筒内的真空度有一定的要求。
一般情况下，如果真空系统能提供1.33×10-2 -1.33×10-3 Pa的真空度时，就可防止样品的污染。
如果真空度不足，除样品被严重污染外，还会出现灯丝寿命下降，极间放电等问题。
2、扫描电镜的成像原理
扫描电镜是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。
3、分析扫描电镜与透射电镜在样品表征方面的异同
3.1 结构差异
主要体现在样品在电子束光路中的位置不同，透射电镜的样品在电子束中间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁透镜继续放大电子光束，最后投影在荧光屏幕上；扫描电镜的样品在电子束末端，
电子源在样品上方发射的电子束，经过几级电磁透镜缩小，到达样品。
当然后续的信号探测处理系统的结构也会不同，但从基本物理原理上讲没什么实质性差别。
相同之处：都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子枪，磁透镜，各种控制原理，消象散，合轴等。
3.2 基本工作原理
透射电镜：电子束在穿过样品时，会和样品中的原子发生散射，样品上某一点同时穿过的电子方向是不同，这样品上的这一点在物镜1-2倍焦距之间，这些电子通过过物镜放大后重新汇聚，形成该点一个放大的实像，这个和凸透镜成像原理相同。
这里边有个反差形成机制理论比较深就不讲，但可以这么想象，如果样品内部是绝对均匀的物质，没有晶界，没有原子晶格结构，那么放大的图像也不会有任何反差，事实上这种物质不存在，所以才会有这种牛逼仪器存在的理由。
经过物镜放大的像进一步经过几级中间磁透镜的放大，最后投影在荧光屏上成像。
由于透射电镜物镜焦距很短，也因此具有很小的像差系数，所以透射电镜具有非常高的空间分辨率，0.1-0.2nm，但景深比较小，对样品表面形貌不敏感，主要观察样品内部结构。
扫描电镜：电子束到达样品，激发样品中的二次电子，二次电子被探测器接收，通过信号处理并调制显示器上一个像素发光，由于电子束斑直径是纳米级别，而显示器的像素是100um以上，这个100um以上像素所发出的光，就代表样品上被电子束激发的区域所发出的光。
实现样品上这个物点的放大。
如果让电子束在样品的一定区域做光栅扫描，并且从几何排列上一一对应调制显示器的像素的亮度，便实现这个样品区域的放大成像。
具体图像反差形成机制不讲。
由于扫描电镜所观察的样品表面很粗糙，一般要求较大工作距离，这就要求扫描电镜物镜的焦距比较长，相应的相差系数较大，造成最小束斑尺寸下的亮度限制，系统的空间分辨率一般比透射电镜低得多1-3纳米。
但因为物镜焦距较长，图像景深比透射电镜高的多，主要用于样品表面形貌的观察，无法从表面揭示内部结构，除非破坏样品，例如聚焦离子束电子束扫描电镜FIB-SEM,可以层层观察内部结构。
透射电镜和扫描电镜二者成像原理上根本不同。
透射电镜成像轰击在荧光屏上的电子是那些穿过样品的电子束中的电子，而扫描电镜成像的二次电子信号脉冲只作为传统CTR显示器上调制CRT三极电子枪栅极的信号而已。
透射电镜我们可以说是看到了电子光成像，而扫描电镜根本无法用电子光路成像来想象。
3.3 样品制备
TEM:电子的穿透能力很弱，透射电镜往往使用几百千伏的高能量电子束，但依然需要把样品磨制或者离子减薄或者超薄切片到微纳米量级厚度，这是最基
本要求。
透射制样是学问，制样好坏很多情况要靠运气，北京大学物理学院电子显微镜实验室，制样室都贴着制样过程规范，结语是祝你好运！
SEM: 几乎不用制样，直接观察。
大多数非导体需要制作导电膜，绝大多数几分钟的搞定，含水的生物样品需要固定脱水干燥，又要求不变形，比较麻烦，自然干燥还要晒几天吧。
二者对样品共同要求：固体，尽量干燥，尽量没有油污染，外形尺寸符合样品室大小要求。
参考文献
[1]赵乃勤主编.合金固态相变.化学工业出版社.
[2]陈建，严文等著.材料研究方法.北京.化学工业出版社.。