材料测试方法-扫描电镜SEM详解
扫描电镜SEM制样步骤
扫描电镜S E M制样步骤-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN扫描电镜观察制样步骤固定：1、用灭菌镊子挑出少量的的样品（碳粒/碳毡）,放入 5ml 的离心管中,2、加入2.5%戊二醛, 加量为淹没碳粒/碳毡样品为宜,室温固定1小时3、置于 4℃冰箱中固定12小时。
冲洗：用 0.2mol pH 7.4的磷酸缓冲溶液冲洗 3 次，每次 10 分钟。
每次冲洗时先用注射器缓慢吸走上一步骤的冲洗液。
Or 离心脱水：分别用浓度为30%， 50%，75%，90%, 95%, 100% v/v 的乙醇进行脱水，每次10分钟，干燥：将样品放在离心管里，置入干燥器中干燥 12 小时。
粘样：用双面胶将样品观察面向上粘贴在扫描电镜铜板上预处理好的样品放入干净离心管中待检。
SEM上机测样--测定条件参数设置分子克隆实验指南第三版，1568页：25度下0.1mol/L磷酸钾缓冲液的配制；先配0.1mol/L K2HPO4，0.1mol/L KH2PO4配PH7.4，100ml磷酸钾缓冲液需：0.1mol/L K2HPO4，80.2ml0.1mol/L KH2PO4，19.8ml混合即是，不用酸碱调PH。
参考文献：DOI:?10.1021/es902165yMicrobial fuel cell?based on Klebsiella pneumoniae biofilmSelecting?anode-respiring bacteria based on?anode?potential: phylogenetic, electrochemical, and?microscopic?characterizationA severe reduction in the cytochrome C content of?Geobacter sulfurreducens?eliminates its capacity for extracellular electron transfer2。
扫描电镜样品制备讲解
临界点干燥操作时的注意事项： ? 在样品放进样品杯前，样品杯应预先冷却至0～10℃。 ? 样品不宜过湿，但也不能让其表面干涸，应在半干半湿时
主要优点： 景深长，所获得的图像立体感强，可用来观察生物 样品的各种形貌特征。
二、实验用品
1. 材料 植物的的根、茎、叶或动物的脏器等。
2. 试剂 丙酮、乙醇、 2％戊二醛溶液、 1％锇酸、
0.1mol/L PH7.2 磷酸缓冲液、醋酸异戊酯、液 体二氧化碳、导电胶等。 3. 器材
扫描电镜、 临界点干燥法、真空喷镀仪、青 霉素小瓶、培养皿、载玻片、牙签、脱脂棉等。
实验十一 扫描电镜样品制备
选作
扫描电镜即扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）。主要用于观察样品的表面形貌 、割裂面结构、管腔内表面的结构等。
一、扫描电镜工作原理：
主要是利用样品表面产生的二次电子成像来对物质 的表面结构进行研究，是探索微观世界的有力工具。
7. 粘贴样品
用牙签将少量导电胶涂到样品台上，胶面应略小于样品 底面。用镊子轻夹样品侧面，保证观察面向上贴牢在涂胶 上。粘贴后，待导电胶干透，才能进行真空镀膜和SEM镜 检。
8. 样品的导电处理
生物样品和其他非金属样品的表面电阻率很高，在电 镜观察时，往往容易发生荷电现象。另外，生物样品都是 由低原子序数的碳、氢、氧、氮等元素组成，二次电子的 发射率很低，信号弱，难以获得必要的图像反差。因此， 为了消除或减少以上不良现象的产生，生物样品和非导电 的样品在扫描电镜观察前，均需进行表面导电处理。扫描 电镀样品的表面导电处理方法，主要有金属镀膜法和组织 导电处理法两种。其中金属镀膜法又有真空镀膜及离子溅 射镀膜法等方法，本实验采用离子溅射镀膜法进行镀膜。
扫描电镜(SEM)讲解
11.3.4 扫描电镜的主要性能 (1)放大倍数
扫描电镜的放大倍数可用表达式: M=AC/AS
式中AC是荧光屏上图像的边长， AS是电子束在样品 上的扫描振幅。因此，放大倍率的变化是通过改变 电子束在试样表面的扫描幅度AS来实现的。
目前大多数商品扫描电镜放大倍数为20-200000倍， 介于光学显微镜和透射电镜之间。
（3）景深
景深是指透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的 一个能力范围，这个范围用一段距离来表示。 为电子束孔径角。可见，电子束孔径角是控制扫描电子 显微镜景深的主要因素，它取决于末级透镜的光阑直径和 工作距离。角很小（约10-3 rad），所以它的景深很大。 它比一般光学显微镜景深大100-500倍，比TEM景深大10 倍。
特征X射线
背散射电子 它是被固体样品中原子反射回来的一部分入射
电子。又分弹性背散射电子和非弹性背散射电子， 前者是指只受到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；后者主要是指受样品原子核外电子多次非弹性 散射而反射回来的电子。
背散射电子的产生范围在1000 Å到1 m深，由于背散射 电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背散 射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可用来显 示原子序数衬度，定性地进行成分分析。
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。
在样品上方装一个电子检测器来检测不同能量的 电子，结果如下图所示。二次电子的能量比较低， 一般小于50eV；二次电子来自表面50-500 Å的区域, 对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面 的微观形貌。但对原子序数的变化不明显。
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。
【材料课堂】一文全面了解SEM扫描电镜
【材料课堂】一文全面了解SEM扫描电镜文章来源：材料基、材料科学与工程近年来，由于各种应用中使用的材料尺寸的不断缩小，扫描电子显微镜（SEM）已成为用于材料表征的强大且通用的工具。
在这篇文章中，我们解释了SEM是什么，并描述了SEM仪器的主要工作原理。
什么是SEM？SEM（Scanning Electron Microscope）代表扫描电子显微镜。
电子显微镜使用电子进行成像，就像光学显微镜使用可见光一样。
SEM使用聚焦的高能电子束在固体样品表面产生各种信号。
来自电子-样品相互作用的信号揭示了样品的信息，包括外部形态（纹理），化学成分，以及构成样品的材料的晶体结构和取向。
在大多数应用中，在样本表面的选定区域上收集数据，并生成显示这些属性的空间变化的二维图像。
由于电子的波长远小于光的波长，因此SEM的分辨率优于光学显微镜的分辨率。
图1：SEM工作示意图SEM技术如何工作？SEM 的示意图如图2 所示。
在这种的电子显微镜中，电子束以光栅模式逐行扫描样品。
首先，电子由腔室顶端的电子源（俗称灯丝）产生。
电子束发射是因为热能克服了材料的功函数。
他们随后被加速并被带正电的阳极所吸引。
整个电子腔需要处于真空环境中。
像所有的电子显微镜部件一样，为了保持真空并且防止污染、震动和噪声，灯丝被密封在一个特殊的腔室中。
真空不仅可以保持灯丝不受污染，也可以让使用者获得高分辨率。
如果缺乏真空，其它原子和分子就会存在于腔室中。
他们和电子相互作用就会导致电子束偏转，成像质量降低。
此外，高真空增加了腔室中探头的电子接收效率。
图2：基本SEM组件的示意图与光学显微镜类似，扫描电镜 SEM 使用透镜来控制电子的路径。
因为电子不能透过玻璃，这里所用的是电磁透镜。
他们简单的由线圈和金属极片构成。
当电流通过线圈，就会产生磁场。
电子对磁场十分敏感，电子在显微镜腔室的路径就可以由这些电磁透镜控制;调节电流大小可以控制磁场强度。
通常，电磁透镜有两种：会聚镜，电子通往样品时首先遇到的透镜。
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：151412298620XX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）。
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’sapplicationinmaterialscienceabstract: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。
材料测试方法-扫描电镜SEM详解
由于透射电镜是TE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)。
精品课件
2.2 SEM的构造和工作原理
a.电子枪 ★作用：利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量 的电子束。 b.电磁透镜 ★聚光镜作用：主要是把电子枪的束斑（虚光源）逐级 聚焦缩小，使原来直径约为50μm的束斑缩小成只有几 个nm的细小束斑。 为了达到目的，可选用几个透镜来完成，一般选用3个。
精品课件
的金相表面及烧结样品的自然表面分析。 a.断口分析：
(a) 沿晶断口：呈冰糖块状或呈石块状。
精品课件
30CrMnSi钢沿晶断口二次电子像
2.4 SEM的成像衬度
(b)韧窝断口：能看出明显的塑性变形，韧窝周边形成 塑性变形程度较大的突起撕裂棱。
37SiMnCrNiMoV钢韧窝断口二次电子像
精品课件
2.4 SEM的成像衬度
真空系统
性 分辨率 <5nm，新型的可达0.9nm 能 放大倍数 M=Ac /As 可达80万倍左右
成像 衬度
二次电子像衬度—分析样品表面形貌、 断口分析；
背散射电子衬度—形貌分析、成分分析.
制样— 制备试样应注意的问题
精品课件
c.二次电子的数量和原子序数没有明显的关系，对样品 微区表面的几何形状十分敏感。
精品课件
2.4 SEM的成像衬度
d.二次电子成像原理图
材料表征实验技术详解
材料表征实验技术详解材料表征是研究材料特性的一种重要手段，通过对材料进行各种实验分析，可以了解材料的成分、结构、形貌以及性能等方面的信息。
本文将介绍几种常用的材料表征实验技术，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）和拉曼光谱等。
一、扫描电子显微镜（SEM）SEM是一种利用高能电子束与样品相互作用产生的信号来观察样品表面形貌和性能的技术。
SEM可以提供高分辨率的表面形貌信息，可以观察到样品的微观结构和细节。
通过SEM观察，可以了解材料的颗粒大小、形状以及表面壳层等特征。
同时，SEM还可以通过能谱分析技术，获取材料的成分信息，进一步了解材料的化学组成和物相。
由于SEM广泛应用于各个领域，成为了材料科学研究中不可或缺的工具。
二、透射电子显微镜（TEM）TEM是一种分析材料内部结构和性质的重要手段。
与SEM不同，TEM通过将电子束穿透样品，通过样品内部的散射现象获得信息。
TEM可以提供比SEM更高的分辨率，能够观察到纳米级别的细节。
通过TEM可以观察到材料的晶格结构、晶界和缺陷等信息，对材料的微观结构有着详细的描述。
同时，TEM还可以应用于显微衍射、能谱分析等技术，更全面地了解材料的属性。
三、X射线衍射（XRD）XRD是一种利用晶体对入射X射线的衍射现象研究晶体结构和晶体学特性的技术。
X射线在材料中与晶体的原子产生相互干涉作用，从而形成衍射图样。
通过测量衍射角和强度可以确定晶体的晶面间距和晶格参数。
通过XRD可以分析材料的晶体结构、晶界、应力谱以及晶粒尺寸等信息。
在材料科学领域，XRD被广泛应用于材料的相变研究、晶体缺陷分析、质量控制等方面。
四、拉曼光谱拉曼光谱是一种利用物质分子对入射激光进行散射而产生的特殊光谱，研究材料的分子振动和晶格振动特性。
拉曼光谱提供了材料的分子结构和化学键信息。
通过测量样品在各个波数处的拉曼散射光强度，可以解析出材料的振动模式，进而了解分子的振动频率和对称性。
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•2.1 SEM的构造和工作原理
•2.1.1 SEM的结构
•图片来源：深圳柯西数据公司
•2.2 SEM的构造和工作原理
•2.2.1 SEM的结构
•a.电子光学系统 •扫描电镜 •b.信号收集处理，图像显示和记录系统
•c.真空系统
•（1）电子光学系统(镜 筒)
•电子枪 •电磁透镜 •扫描线圈 •样品室
•引言
• 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； • 4、可同时进行显微形貌观察和微区成
分分析。
•引言
• 扫描电子显微镜的设计思想和工作原理， 早 在 1935 年 便 已 被 提 出 来 了 。 1942 年 ， 英 国 首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于 成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实 用价值不大。经过各国科学工作者的努力， 尤其是随着电子工业技术水平的不断发展， 到 1956 年 制 造 出 了 第 一 台 商 品 扫 描 电 镜 。 自 其问世以来，得到了迅速的发展，种类不断 增多，性能日益提高，并且已广泛地应用在 生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促 进了各有关学科的发展。
• 扫描电子显微镜
由于透射电镜是TE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
•扫描电子显微镜 (scanning electron microscope)
• 简称扫描电镜或SEM，它是以类似电视摄影显
•像的方式利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激
• •发新出式来SE的M的各二种次物电理子信像号的来分调辨制率成已像达的到。3~4nm， 放大倍数可以从数倍放大到20万倍左右。
• 由于扫描电镜的景深远比光学显微镜大，可 以用它进行显微断口分析。
•★测定方法：在已知放大倍数（一般在10万倍）的条件 下，把在图像上测到得最小距离除以放大倍数所得数值
就是分辨率。
•★目前：商品生产的SEM，二次电子像的分辨率已优于
•5nm.
•例如：日立公司的S-570型SEM的点分辨率为3.5nm；
•
TOPCON公司的OSM-720型SEM的点分辨率为0.9nm.
•二次电子像衬度 •分
•背散射电子像衬度
•衬度：电子像的明暗程度取决于电子束的强弱，当 两个区域中的电子强度不同时将出现图像的明暗差异，
这种差异就是衬度。
•形貌衬度：由于试样表面形貌差别而形成的衬度。
•成分衬度：由于试样表面不同部位原子序数不同而形 成的衬度。
•2.4 SEM的成像衬度
•2.4.1 二次电子像衬度
•2.4 SEM的成像衬度
•d.二次电子成像原理图
• 放大倍数与扫描面积的关系：
•
(若荧光屏画面面积为10×10cm2)
•
放大倍数
扫描面积
•
10×
(1cm)2
•
100×
(1mm)2
•★ 90年代•后期生产1的,00高0×级SEM的放大(倍10数0μ已m到)280万倍左右。
•
10,000×
(10μ m)2
•
100,000×
(1μ m) Electronic Microscopy, SEM)。
•JEOL扫描电子显微镜
•
•图片来源：深圳柯西数据公司
•JSM-6301F场发射枪扫描电镜
•图片来源：深圳柯西数据公司
•图片来源：深圳柯西数据公司
•SEM image (beetle)
•扫描电子显微镜
•引言
•2.3 SEM的主要性能
•★影响分辨率的因素：
①扫描电子束的束斑直径 ； ②检测信号的类型；
③检测部位的原子序数；
•2.3 SEM的主要性能
•（2）放大倍数
•As—电子束在样品表面扫描的幅度； •Ac—荧光屏阴极射线同步扫描的幅度； •∵Ac是固定不变的，∴As越小，M就越大.
•2.3 SEM的主要性能
•(1)二次电子成像原理 •a.二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品
•表面的核外电子。
•b.二次电子的性质：主要来自样品表层5~10nm深度范围， 当大于10nm时，能量较低(小于50eV)，且自由程较短，不
能逸出样品表面，最终被样品吸收。
•c.二次电子的数量和原子序数没有明显的关系，对样品 微区表面的几何形状十分敏感。
•为了达到目的，可选用几个透镜来完成，一般选用3个。
•2.2 SEM的构造和工作原理
•c.扫描线圈
•★作用：使电子束偏转，并在样品表面做有规则的 扫描；即提供入射电子束在样品表面及阴极射线管内
电子束在荧光屏上的同步扫描信号。 •d.样品室
•★主要部件是样品台。它能夹持一定尺寸的样品， 并能使样品进行三维空间的移动，还能倾斜和转动,
•（3）真空系统 •★作用：保证电子光学系统正常工作，防止样品 污染，避免灯丝寿命快速下降。
•★需要提供高的真空度，一般情况下要求保持 • 10-4-10-5mmHg的真空度。
•2.3 SEM的主要性能
•（1）分辨率(点分辨率)
•分辨率是扫描电镜的主要性能指标。
•★定义：对微区成分分析而言，它是指能分析的最小 区域；对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。
以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
•2.2 SEM的构造和工作原理
•（2）信号收集处理，图像显示和记录系统
•作用：收集(探测)样品在入射电子束作用下产 生的各种物理信号，并进行放大；将信号检测 放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极
射线管荧光屏上的图像，供观察或记录。
•2.2 SEM的构造和工作原理
•作用是用来获得很细的电子束（直径约 几个nm），作为产生物理信号的激发源。
•2.2 SEM的构造和工作原理
•a.电子枪 •★作用：利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能 量的电子束。
•b.电磁透镜 •★聚光镜作用：主要是把电子枪的束斑（虚光源）逐 级聚焦缩小，使原来直径约为50μm的束斑缩小成只有
几个nm的细小束斑。