扫描电镜原理及测试范围-详细
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相互作用，通过扫描样品表面并测量所产生的信号来获取样品的形貌和成分信息。
本文将详细介绍扫描电镜的工作原理及其相关技术细节。
一、电子束的产生与聚焦扫描电镜中，电子束的产生通过热发射或场发射的方式实现。
热发射是利用热丝加热，使电子从金属丝表面逸出；场发射则是利用电场加速，使电子从钨针等尖端逸出。
产生的电子束经过一系列的电子光学系统，包括聚焦透镜、准直透镜等，将电子束聚焦到极小的尺寸。
二、扫描线圈与样品的扫描扫描电镜中，电子束通过扫描线圈的控制，沿着样品表面进行扫描。
扫描线圈的工作原理基于电流通过线圈时产生的磁场，通过调节线圈中的电流大小和方向，可以控制电子束的扫描范围和速度。
扫描过程中，电子束与样品表面发生相互作用，产生多种信号。
三、信号的检测与处理扫描电镜中，常用的信号检测方式包括二次电子信号检测和背散射电子信号检测。
二次电子信号是在电子束与样品表面相互作用后，从样品表面逸出的次级电子；背散射电子信号则是在电子束与样品原子核和电子云相互作用后，背向散射出的电子。
这些信号通过检测器接收后，经过放大、滤波和数字化处理，最终转化为图像或成分分析的结果。
四、图像的生成与分析扫描电镜的图像生成基于扫描过程中接收到的信号强度的变化。
通过控制扫描线圈的扫描速度和方向，以及接收信号的幅度和位置，可以获取样品表面的形貌信息。
图像的分辨率与电子束的聚焦能力、样品表面的导电性等因素有关。
此外，还可以通过能谱分析仪等设备获取样品的成分信息。
五、应用领域与进一步发展扫描电镜在材料科学、生命科学、纳米技术等领域具有广泛的应用。
它可以观察纳米级别的样品表面形貌，分析材料的晶体结构、成分分布等。
随着技术的不断发展，扫描电镜的分辨率和成像速度得到了显著提高，同时还出现了一些新的技术，如环境扫描电镜、电子背散射衍射等，进一步拓展了扫描电镜的应用领域。
扫描电镜的原理及其在材料科学领域的应用
一、扫描电镜的原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope），简写为SEM，是一个复杂的系统，浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。
扫描电镜的基本工作过程如图1，用电子束在样品表面扫描，同时，阴极射线管内的电子束与样品表面的电子束同步扫描，将电子束在样品上激发的各种信号用探测器接收，并用它来调制显像管中扫描电子束的强度，在阴极射线管的屏幕上就得到了相应衬度的扫描电子显微像。
电子束在样品表面扫描，与样品发生各种不同的相互作用，产生不同信号，获得的相应的显微像的意义也不一样。
入射电子与试样相互作用产生图2所示的信息种类[1-4]。
这些信息的二维强度分布随试样表面的特征而变（这些特征有表面形貌、成分、晶体取向、电磁特性等），是将各种探测器收集到的信息按顺序、成比率地转换成视频信号，再传送到同步扫描的显像管并调制其亮度，就可以得到一个反应试样表面状况的扫描图如果将探测器接收到的信号进行数字化处理即转变成数字信号，就可以由计算机做进一步的处理和存储扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察，因而在设计上突出了景深效果，一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面。
图 1 扫描电子显微镜的工作原理图 2 电子束探针照射试样产生的各种信息扫描电子显微镜（SEM）中的各种信号及其功能如表1所示表1 扫描电镜中主要信号及其功能二、扫描电镜的构成图3给出了电镜的电子光学部分的剖面图。
主要包括以下几个部分：1.电子枪——产生和加速电子。
由灯丝系统和加速管两部分组成2.照明系统——聚集电子使之成为有一定强度的电子束。
由两级聚光镜组合而成。
3.样品室——样品台，交换，倾斜和移动样品的装置。
4.成像系统——像的形成和放大。
由物镜、中间镜和投影镜组成的三级放大系统。
调节物镜电流可改变样品成像的离焦量。
调节中间镜电流可以改变整个系统的放大倍数。
5.观察室——观察像的空间，由荧光屏组成。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理引言概述：扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察样品表面形貌和分析成分的高分辨率显微镜。
与传统光学显微镜相比，扫描电镜具有更高的分辨率和放大倍数，能够观察到更细微的细节。
本文将详细介绍扫描电镜的工作原理，包括电子束的产生、样品的准备、信号的检测和图像的生成等方面。
一、电子束的产生1.1 热阴极发射电子热阴极发射电子是扫描电镜中常用的电子源之一。
通过加热金属阴极，使其发射出电子，形成电子束。
常用的金属阴极有钨、铑等，因其熔点高、耐热性好而被广泛应用。
1.2 场发射电子场发射电子是另一种常用的电子源。
在扫描电镜中，通过在导电材料上施加高电压，使其表面形成强电场，从而将电子从导体表面发射出来。
场发射电子具有较高的亮度和稳定性，适用于高分辨率的扫描电镜观测。
1.3 冷阴极发射电子冷阴极发射电子是一种新型的电子源。
与热阴极不同，冷阴极发射电子不需要加热即可发射电子。
常见的冷阴极包括钻石薄膜阴极和碳纳米管阴极。
冷阴极发射电子具有较高的亮度和长寿命，适用于高分辨率和高稳定性要求的扫描电镜。
二、样品的准备2.1 固态样品的处理固态样品在进入扫描电镜之前需要进行一系列的处理。
首先，样品需要被切割成适当的尺寸，并进行抛光以获得平坦的表面。
然后，样品需要被镀上一层导电薄膜，以便电子束能够在样品表面形成有效的信号。
2.2 液态样品的处理液态样品的处理相对较为复杂。
通常，液态样品需要被固化成凝胶或冰冻，以保持其形状和结构。
然后，样品需要被切割成适当的尺寸，并进行抛光和镀膜等处理步骤，以便进行扫描电镜观测。
2.3 生物样品的处理生物样品的处理需要特殊的技术和设备。
首先，生物样品需要被固定，以保持其形状和结构。
然后，样品需要进行脱水、冻干或冰冻等处理步骤，以便进行扫描电镜观测。
此外，为了增强样品的对比度，生物样品通常需要进行染色处理。
三、信号的检测3.1 二次电子信号二次电子信号是扫描电镜中最常用的信号之一。
扫描电镜的工作原理和应用
扫描电镜的工作原理和应用1. 扫描电镜的工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束与样品相互作用来获取图像的仪器。
相比传统的光学显微镜，扫描电镜具有更高的分辨率和更大的深度感，可以观察到更细微的细节。
扫描电镜的工作原理如下：1.电子发射: 扫描电镜通过热发射或场发射的方式产生高能电子束。
这个电子束经过加速电压，使电子获得足够大的能量。
2.聚焦: 电子束经过一系列的聚焦透镜，使其在样品表面形成一个非常小的聚焦点，以提高分辨率。
3.扫描: 电子束通过控制扫描线圈的方式，沿着样品表面进行扫描。
在每一个扫描点，样品上的电子与电子束发生相互作用。
4.信号检测: 所有与电子束相互作用的信号都被收集和检测，包括次级电子、反射电子、散射电子等。
5.图像生成: 通过扫描电镜的控制系统将所有收集到的信号转换为图像。
这些图像可以显示出样品表面的形貌、结构和组成。
2. 扫描电镜的应用扫描电镜广泛应用于各个领域，包括材料科学、生物学、医学等。
下面列举一些常见的应用：1.纳米材料研究: 扫描电镜可以观察到纳米级别的材料结构和形貌，对于纳米材料的制备和性质研究非常重要。
2.生物学研究: 扫描电镜可以观察生物样品的微观结构，如细胞、细胞器和微生物等。
它可以帮助研究者了解生物体的形态、组织和功能。
3.医学检测: 扫描电镜可以用于医学领域中的病理学研究和临床诊断。
例如，可以观察病毒、细菌、组织断面等微小结构，帮助医生进行疾病诊断和治疗。
4.材料表征: 扫描电镜能够观察材料的粗糙度、晶体结构、颗粒分布等参数，对于材料研究和工程应用具有重要意义。
5.环境科学研究: 扫描电镜可以用于观察和分析大气颗粒物、水中微生物和污染物等的形貌和组成，有助于环境污染的起因和后果研究。
6.艺术文物保护: 扫描电镜可以帮助对文物进行分析，如绘画的颜料、雕塑的材料等。
这对于文物的保护和修复具有重要价值。
扫描电镜的基本原理和应用的国标
扫描电镜的基本原理和应用的国标1. 扫描电镜的基本原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种使用电子束来观察样品表面形貌的仪器。
其基本原理如下：•电子源：扫描电镜使用热阴极或场发射枪产生高能电子束。
这些电子经过加速和聚焦，形成高能电子的束流。
•扫描线圈：扫描线圈控制电子束的位置，并负责将电子束扫描在样品上。
电子束从一边开始扫描，逐行覆盖整个样品表面。
•样品台：样品台是安放样品的平台，它可通过电动装置在水平以及垂直方向上移动，以便对样品进行调整。
•检测器：当电子束照射到样品表面时，该区域将会发射出不同的信号，检测器用于接收并测量这些信号。
常用的检测器包括二次电子检测器（SE），反射电子检测器（BSE）等。
•图像处理系统：扫描电镜能够通过图像处理系统显示样品表面的形貌和微观结构。
图像处理系统可以调节对比度、亮度等参数，以获得更清晰的图像。
2. 扫描电镜的应用的国标扫描电镜被广泛应用于材料科学、生物科学、地质学等领域。
以下是一些与扫描电镜应用相关的国标：•GB/T 20112-2006 扫描电子显微镜技术术语和定义：该国标定义了扫描电子显微镜中使用的术语和定义。
它包括了电子源、扫描线圈、检测器等组成部分的定义，为扫描电镜的使用提供了统一的术语标准。
•GB/T 21306-2008 金属和合金中显微组织的测量信息的表达：该国标规定了使用扫描电子显微镜观察金属和合金显微组织时所需的信息表达方法。
它定义了显微组织的分类、测量参数的计算方法等内容，为金属和合金显微组织的表征提供了规范。
•GB/T 26354-2010 扫描电子显微镜橡胶纳米复合材料分析方法：该国标规定了使用扫描电子显微镜分析橡胶纳米复合材料的方法。
包括样品的制备、参数的设定和分析步骤等内容，为橡胶纳米复合材料的研究提供了规范。
•GB/T 17661.1-2017 粉尘爆炸危险性试验方法第1部分：确定粉尘爆炸特性的方法：该国标规定了使用扫描电子显微镜检测粉尘的方法。
sem扫描电镜工作原理
sem扫描电镜工作原理
SEM（扫描电子显微镜）工作原理是利用电子束扫描样品表
面并测量反射或散射的电子信号。
1. 准备样品：待观察的样品通常需要被先行处理，如固定、切片、涂覆导电涂层等，以便在SEM中获得良好的成像效果。
2. 电子发射和聚焦：SEM中的电子枪产生以高速发射的电子束。
该电子束经过电子透镜的聚焦作用，使得其具有很高的空间分辨率。
3. 样品扫描：样品被固定在一个电子透明的托座上，电子束扫描轨迹由扫描线圈控制。
电子束沿着一系列水平和垂直线扫描，从而覆盖整个样品表面。
4. 相互作用检测：当电子束与样品表面相互作用时，会发生多种现象，包括电子的散射、透射以及次级电子、反射电子的发射等。
这些信号会被探测器捕捉。
5. 信号放大和处理：SEM中的探测器接收到的信号被放大和
处理。
不同的探测器可以检测不同类型的信号，如次级电子探测器可用于成像表面形貌，而反射电子探测器可用于分析样品的晶体结构。
6. 生成图像：SEM内部的计算机将处理后的信号转换为图像，形成类似于电视图像的黑白或彩色显示。
根据扫描的样品区域，可获得高分辨率的二维或三维表面形貌图像。
SEM的工作原理基于电子的波粒二象性，电子具有很短的波长（通常比可见光短得多），因此SEM可以提供更高的空间分辨率，达到纳米级甚至更高级别的成像精度。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束与样品相互作用来获取样品表面形貌和成分信息。
它在材料科学、生物科学、纳米科学等领域具有广泛的应用。
一、扫描电镜的基本原理扫描电镜主要由电子光学系统、扫描系统和检测系统三部分组成。
1. 电子光学系统电子光学系统是扫描电镜的核心部分，它由电子枪、准直系统和透镜系统组成。
电子枪产生高能电子束，准直系统用于将电子束聚焦成细束，透镜系统用于将聚焦的电子束聚焦到样品表面。
2. 扫描系统扫描系统由扫描线圈和样品台组成。
扫描线圈通过控制电子束的扫描轨迹，使其在样品表面上进行扫描。
样品台用于支撑和定位样品。
3. 检测系统检测系统用于探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图像。
常用的检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
二、扫描电镜的工作过程扫描电镜的工作过程可以分为样品制备、样品加载、参数设置、扫描和图像获取等步骤。
1. 样品制备样品制备是扫描电镜观察的前提，样品需要具备一定的导电性和稳定性。
常用的样品制备方法包括金属镀膜、碳膜覆盖、冷冻断裂、离子切割等。
2. 样品加载样品加载是将待观察的样品放置在样品台上，并通过样品夹具或者导电胶固定。
加载过程需要注意避免样品表面的污染和损伤。
3. 参数设置在进行观察之前，需要设置扫描电镜的工作参数，包括加速电压、放大倍数、扫描速度等。
这些参数的选择会影响到观察的分辨率和深度。
4. 扫描和图像获取设置好参数后，开始进行扫描和图像获取。
电子束在样品表面进行扫描，扫描线圈控制电子束的移动轨迹。
同时，检测器会探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图像。
三、扫描电镜的应用领域扫描电镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有着广泛的应用。
1. 材料科学扫描电镜可以用于材料表面形貌的观察和分析，例如金属的晶体结构、陶瓷的微观结构等。
同时，扫描电镜还可以用于材料成分的分析，通过能谱仪可以获取样品的元素组成信息。
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，通过利用电子束与样品的相互作用来获取样品表面的形貌和成分信息。
其工作原理基于电子光学和电子物理的原理。
一、电子光学系统扫描电镜的电子光学系统由电子源、透镜系统和检测系统组成。
1. 电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极产生热电子。
热电子经过加速电压加速形成高速电子束。
2. 透镜系统透镜系统由几个磁透镜组成，包括聚焦透镜和扫描透镜。
聚焦透镜用于将电子束聚焦到极小的尺寸，提高分辨率。
扫描透镜用于控制电子束在样品表面的扫描。
3. 检测系统检测系统用于测量电子束与样品相互作用后的信号。
常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器。
二次电子检测器用于观察样品表面形貌，反射电子检测器用于获得样品的成分信息。
二、扫描控制系统扫描控制系统由扫描线圈和扫描发生器组成。
扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描范围和速度。
扫描发生器则产生扫描信号，控制电子束的扫描。
三、样品准备在进行扫描电镜观察之前，样品需要进行一系列的准备工作。
首先，样品需要被固定在样品架上，以保持稳定。
然后，样品需要被表面处理，如金属镀膜或碳镀膜，以提高导电性。
最后，样品需要被放置在真空环境中，以避免电子束与空气分子的相互作用。
四、工作过程1. 准备好样品并放置在样品架上。
2. 打开扫描电镜，并进行必要的预热和真空泵抽气。
3. 调整电子光学系统，使得电子束聚焦到最佳状态。
4. 设置扫描控制系统，确定扫描范围和速度。
5. 开始扫描，观察样品表面形貌和成分信息。
6. 根据需要，可以调整扫描参数和检测器，以获得更详细的信息。
7. 观察结束后，关闭扫描电镜并进行必要的清洁和维护。
五、应用领域扫描电镜在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中，它可以用于观察材料的晶体结构、表面缺陷和纳米结构。
在生物学中，它可以用于观察细胞和组织的形态和结构。
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材料的显微结构包含：化学组成、元素分布和组成相的形貌（尺寸、分布和形状）
显微结构：
在各种显微镜下看到所有相区（phase region）及所包含的缺陷。
通常包括晶粒和气孔的尺寸、大小和分布、相组成和分布、晶界特性、缺陷及裂纹，包括组成的均匀性。
显微结构表征的主要任务：
根据不同类型显微镜下观察的显微机构的特征，对他们的形成原因做出合理的分析和判断。
微束分析（Microbeam Analysis）：利用一束细电子束、离子束、光束或粒子束作用于试样产生的各种信息，进行成分、形貌、结构及其他物理和化学特性的分析。
束斑大小：微米-纳米
主要功能：成分分析、结构分析、图像分析。
主要指标：束斑大小、分辨率、空间分辨率、灵敏度、准确度
定量分析：微束分析是物理方法，由于物理过程的复杂性，成分定量基本都用标样比较法并进行修正计算。
俄歇电子谱仪（AES：Auger Electron Spectroscope）称为扫描俄歇显微镜。
表面分析仪器，进行元素定量分析（三维元素分析）、形貌观察、价态分析等。
分析深度为1nm-2nm。
分析H和He以外元素，对轻元素灵敏度高。
1.扫描电镜电子探针：
（1）图像分辨率高、放大倍率大。
分辨率为3nm-0.6nm，相对应最大有效放大倍率为100000-1600000倍；电子探针图像分辨率为3nm-6nm。
（2）景深大。
扫描电镜的景深是透射电镜的10倍，是光学显微镜的100倍，特别适合观察一些粗糙不平的断口。
（3）无损分析。
对大部分材料，只要尺寸能放入样品室，采用合适条件无需对试样进行任何处理即可再进行观察分析。
（4）试样制备简单。
可以是自然表面、断口、块体、反光和透光光片。
EPMA和SEM的区别
EPMA：价格贵2-3倍
（1）成分分析，形貌观察，以成分分析为主。
主要用WDS进行元素成分分析，出射角大、有OM，电流大，有较成熟的定量方法，所以定量结果的准确度较高。
（2）真空腔体大，成分分析束流大，所以电子光路、光阑等易污染，图像质量下降速度快，EPMA二次像分辨率3-6nm。
SEM：形貌观察，成分分析。
图像分辨率高。
FESEM：优于1nm，W灯丝：3nm。
扫描电镜原理
电子枪发射电子，在加速电压（加速从电子枪发射的电子而加在灯丝到阳极之间的电位差，其可变范围为几百伏-30kv）的加速下形成一个几微米的交叉点，再经过会聚透镜和物镜聚焦，在样品表面形成一个直径约为0.5-3nm的电子束（电子束直径小于扫描电镜的分辨率）
当电子束通过扫描线圈在试样表面扫描时，另一个扫描线圈同步扫描观察图像的显示屏，通过二次电子或背射电子探测器收集试样每点的二次电子或背射电子探测器收集试样每点的二次电子信号，将二次电子信号同步调制成观察图像的显示屏对应点的亮度。