扫描电子显微镜综述讲课稿
chap扫描电子显微镜讲课文档
2．分辨率
（resolution）
• 在高能入射电子作 用下，试样表面激 发产生各种物理信 号，用来调制荧光 屏亮度的信号不同， 则分辨率就不同。
• 电子进入样品后,作 用区是一梨形区,激 发的信号产生于不 同深度
• 这两者主要取决于入射电子束直径，电子束直径愈 小，分辨率愈高。入射电子束束斑直径是扫描电镜 分辨本领的极限。热阴极电子枪的最小束斑直径３ nm，场发射电子枪可使束斑直径小于1nm。
• 但分辨率并不直接等于电子束直径，因为入射电子束与 试样相互作用会使入射电子束在试样内的有效激发范围 大大超过入射束的直径。
第22页，共53页。
六、俄歇电子（Auger electron）
• 处于激发态的原子体系释放能量的另一形式是发射 具有特征能量的俄歇电子。如果原子内层电子能级 跃迁过程所释放的能量，仍大于包括空位层在内的 邻近或较外层的电子临界电离激发能，则有可能引 起原子再一次电离，发射具有特征能量的俄歇电子。
• 一个能量很高的入射电子射入样品时，可以产生许 多自由电子，而在样品表面上方检测到的二次电子 绝大部分来自价电子。
第13页，共53页。
二、二次电子（secondary
electron）
• 二次电子来自表面50-500 Å的区域，能量为0-50 eV。
• 它对试样表面状态非常敏感，能非常有效地显示试 样表面形貌。
第15页，共53页。
三、吸收电子（absorption electron）
• 入射电子束射入一含有多元素的样品时， 由于二次电子产额不受原子序数影响，则 产生背散射电子较多的部位其吸收电子的 数量就较少。
• 因此，吸收电流像可以反映原子序数衬度， 同样也可以用来进行定性的微区成分分析。
《扫描电子显微镜》课件
欢迎来到本节课，本课程将为您介绍扫描电子显微镜（SEM）的发展历史、 工作原理、应用和操作技巧。
什么是扫描电子显微镜？
SEM是一种高分辨率的显微镜，能够对样品表面进行高清的成像和分析，是 材料科学、生命科学、环境科学和地球物理学等众多领域的研究必备工具。
SEM的工作原理
and applications [J]. Physics Reports, 2020, 891: 1-49. • Zhong B., Liu Y., Xie H., et al. Scanning electron microscopy techniques and
application to biological research [J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2021, 21(3): 1443-1454.
电子束的生成和加速
SEM通过电子枪产生的电子束对样品表面进行 扫描，其中电子束的加速和缩聚使得SEM成像 的分辨率得到极大的提高。
样品表面的扫描和信号的采集
SEM扫描样品表面时需要从表面采集电子和信 号，经过放大和处理后形成图像。
图像的重建和显示
SEM的图像处理软件能够对采集到的信号进行 处理和重建，生成高质量的图像供研究员们进
SEM在地球物理学领域中可以用来 研究矿物形态、结构和物理化学性质
等问题。
SEM的操作注意事项
1 样品制备和处理
SEM样品的制备和处理是研究工作中必不可少的步骤，要保证样品表面平整、干净和稳 定。
2 SEM的操作和调试
SEM的使用经常进行调 试和保养。
生物学和医学
2
属、陶瓷、塑料和高分子等材料的成 分分析、微观结构观察和物理化学性
扫描电镜的综述及发展
扫描电镜的综述及发展1 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..成像是采用二次电子或背散射电子等工作方式;随着扫描电镜的发展和应用的拓展;相继发展了宏观断口学和显微断口学..扫描电镜是在加速高压作用下将电子枪发射的电子经过多级电磁透镜汇集成细小直径一般为1~5nm的电子束相应束流为10-11~10-12A..在末级透镜上方扫描线圈的作用下;使电子束在试样表面做光栅扫描行扫+帧扫..入射电子与试样相互作用会产生二次电子、背散射电子、X射线等各种信息..这些信息的二维强度分布随着试样表面的特征而变这些特征有表面形貌、成分、晶体取向、电磁特性等等;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像1..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..机构组成扫描电子显微镜由三大部分组成：系统;电子束系统以及成像系统..真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分..真空柱是一个密封的柱形容器..真空泵用来在真空柱内产生真空..有、以及三大类;机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨枪的SEM的真空要求;但对于装置了场致发射枪或六硼化镧枪的SEM;则需要机械泵加涡轮分子泵的组合..成像系统和电子束系统均内置在真空柱中..真空柱底端即为右图所示的密封室;用于放置..之所以要用真空;主要基于以下两点原因：电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效;所以除了在使用SEM时需要用真空以外;平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱..为了增大电子的;从而使得用于成像的电子更多..电子束系统电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成;主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成像..电子枪电子枪用于产生电子;主要有两大类;共三种..一类是利用场致发射效应产生电子;称为场致发射电子枪..这种电子枪极其昂贵;在十万美元以上;且需要小于10-10torr的极高真空..但它具有至少1000小时以上的寿命;且不需要电磁透镜..另一类则是利用热发射效应产生电子;有钨枪和六硼化镧枪两种..钨枪寿命在30～100小时之间;价格便宜;但成像不如其他两种明亮;常作为廉价或标准SEM配置..六硼化镧枪寿命介于场致发射电子枪与钨枪之间;为200～1000小时;价格约为钨枪的十倍;图像比钨枪明亮5～10倍;需要略高于钨枪的真空;一般在10-7torr以上；但比钨枪容易产生过度饱和和热激发问题..电磁透镜热发射电子需要电磁透镜来成束;所以在用热发射电子枪的SEM上;电磁透镜必不可少..通常会装配两组：汇聚透镜：顾名思义;汇聚透镜用汇聚电子束;装配在真空柱中;位于电子枪之下..通常不止一个;并有一组汇聚与之相配..但汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束;与成像会焦无关..：物镜为真空柱中最下方的一个电磁透镜;它负责将电子束的汇聚到样品表面..成像系统电子经过一系列电磁透镜成束后;打到样品上与样品相互作用;会产生次级电子、背散射电子、欧革电子以及X射线等一系列信号..所以需要不同的探测器譬如次级电子探测器、能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息..虽然X射线信号不能用于成像;但习惯上;仍然将X射线分析系统划分到成像系统中..有些探测器造价昂贵;比如Robinsons式背散射电子;这时;可以使用次级电子探测器代替;但需要设定一个偏压电场以筛除次级电子..2 扫描电镜的特点（1）能够直接观察样品表面的结构;样品的尺寸可大至120mm80mm50mm..（2）样品的制备过程简单;不用切成薄片..（3）样品可以在样品室中作三维空间的平移和旋转;因此可以从各种角度对样品进行观察..（4）景深大;图像富有立体感;可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构..扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍;比透射电镜大几十倍..（5）图像的放大范围广;分辨率也比较高..可放大十几倍到几十万倍;它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围..分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间;可达3nm..（6）电子束对样品的损伤与污染程度较小..（7）能够进行动态观察如动态拉伸、压缩、弯曲、升降温等..（8）在观察形貌的同时;还可利用从样品发出的其他信号做微区成分及晶体学分析..图1 传统扫描电镜的主体结构3 近代扫描显微镜的发展扫描电子显微镜早在1935年便已经被提出来了..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年开始生产商品扫描电镜..现在扫描电镜已广泛用于材料科学金属材料、非金属材料、纳米材料、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、病虫害的防治、灾害火灾、失效分析鉴定、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等..4 现代扫描电镜的发展近代扫描电镜的发展主要是在二次电子像分辨率上取得了较大的进展..但对不导电或导电性能不太好的样品还需喷金后才能达到理想的图像分辨率..随着材料科学的发展特别是半导体产业的需求;要尽量保持试样的原始表面;在不做任何处理的条件下进行分析..早在20世纪80年代中期;便有厂家根据新材料主要是半导体材料发展的需要;提出了导电性不好的材料不经过任何处理也能够进行观察分析的设想;到90年代初期;这一设想就已有了实验雏形;90年代末期;已变成比较成熟的技术..其工作方式便是现在已为大家所接受的低真空和低电压;最近几年又出现了模拟环境工作方式的扫描电镜;这就是现代扫描电镜领域出现的新名词“环扫”;即环境扫描电镜..4.1 低电压扫描电镜在扫描电镜中;低电压是指电子束流加速电压在1kV左右..此时;对未经导电处理的非导体试样其充电效应可以减小;电子对试样的辐照损伤小;且二次电子的信息产额高;成像信息对表面状态更加敏感;边沿效应更加明显;能够适应半导体和非导体分析工作的需要..但随着加速电压的降低;物镜的球像差效应增加;使得图像的分辨率不能达到很高;这就是低电压工作模式的局限性..4.2 低真空扫描电镜低真空为是为了解决不导电试样分析的另一种工作模式..其关键技术是采用了一级压差光栏;实现了两级真空..发射电子束的电子室和使电子束聚焦的镜筒必须置于清洁的高真空状态;一般用1个机械泵和扩散泵来满足之..而样品室不一定要太高的真空;可用另一个机械泵来实现样品室的低真空状态..当聚焦的电子束进进低真空样品室后;与残余的空气分子碰撞并将其电离;这些离化带有正电的气体分子在一个附加电场的作用下向充电的样品表面运动;与样品表面充电的电子中和;这样就消除了非导体表面的充电现象;从而实现了对非导体样品自然状态的直接观察;在半导体、冶金、化工、矿产、陶瓷、生物等材料的分析工作方面有着比较突出的作用..4.3 环境扫描电镜ESEM上述低真空扫描电镜样品室最高低真空压力为400Pa;现在有厂家使用专利技术;可使样品室的低真空压力达到2600Pa;也就是样品室可容纳分子更多;在这种状态下;可配置水瓶向样品室输送水蒸气或输送混合气体;若跟高温或低温样品台联合使用则可模拟样品的四周环境;结合扫描电镜观察;可得到环境条件下试样的变化情况..环扫实现较高的低真空;其核心技术就是采用两级压差光栅和气体二次电子探测器;还有一些其它相关技术也相继得到完善..它是使用1个分子泵和2个机械泵;2个压差压力限制光栅将主体分成3个抽气区;镜筒处于高真空;样品四周为环境状态;样品室和镜筒之间存在一个缓冲过渡状态..使用时;高真空、低真空和环境3个模式可根据情况任意选择;并且在3种情况下都配有二次电子探测器;都能达到3.5nm的二次电子图像分辨率3..ESEM的特点是:1非导电材料不需喷镀导电膜;可直接观察;分析简便迅速;不破坏原始形貌;2可保证样品在100%湿度下观察;即可进行含油含水样品的观察;能够观察液体在样品表面的蒸发和凝聚以及化学腐蚀行为;3可进行样品热模拟及力学模拟的动态变化实验研究;也可以研究微注进液体与样品的相互作用等..由于这些过程中有大量气体开释;只能在环扫状态下进行观察..环境扫描电镜技术拓展了电子显微学的研究领域;是扫描电子显微镜领域的一次重大技术革命;是研究材料热模拟、力学模拟、氧化腐蚀等过程的有力工具;受到了国内广大科研工作者的广泛关注;具有广阔的应用远景..5 高温样品台及动态拉伸装置的功能5.1 高温样品台的功能利用高温台在环境模式下对样品进行加热并采集二次电子信号可进行适时动态观察..而在普通高真空扫描电镜和低真空扫描电镜中;只能对极少数特殊样品在高温状态下进行观察;并要求在加热过程中不能产生气体、不能发出可见光和红外辐射;否则;会破坏电镜的真空;并且二次电子图像噪音严重;乃至根本无法成像..高温台配有专用陶瓷GSED气体二次电子探头;可在环境模式下;在高达1500℃温度下正常观察样品的二次电子像..加热温度范围从室温到1500℃;升温速度每分钟1～300℃..环境扫描电镜的专利探测器可保证在足够的成像电子采集时抑制热信号噪音;并对样品在高温加热时产生的光信号不敏感..而这些信号足以使其它型号扫描电镜中使用的普通二次电子探头和背散射电子探头无法正常工作..5.2 动态拉伸装置的功能最新的动态拉伸装置配有内部马达驱动器、旋转译码器、线性位移传感器;由计算机进行控制和数据采集;配合视频数据采集系统;可实现动态观察和记录..可从材料表面观察在动态拉伸条件下材料的滑移、塑性形变、起裂、裂纹扩展路径和方向直至断裂的全过程等..该装置还可附带3点弯曲和4点弯曲装置;具有弯曲功能;从而可以研究板材在弯曲状态下的形变、开裂直至断裂的情况..最大拉伸力为2000N;3点弯曲最大压力为660N..动态拉伸装置可配合多种扫描电镜工作4..6 扫描电镜的主要应用领域6.1 扫描电镜在材料和冶金行业中的应用场发射扫面电镜采用场致发射电子枪代替普通钨灯丝电子枪;可得到很高的二次电子像分辨率..采用场发射电子枪需要很高的真空度;在高真空度下由于电子束的散射更小;其分辨率进一步得到提高..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..场发射扫描电镜的特点是二次电子像分辨率很高;如果采用低加速电压技术;在TV状态下背散射电子BSE成像良好;对于未喷涂非导电样品也可得到高倍像..所以;场发射扫描电镜对半导体器件、精密陶瓷材料、氧化物材料等的发展起到很大作用..扫描电镜配备能谱仪;主要能分析材料表面微区的成分;分析方式有定点定性分析、定点定量分析、元素的线分布、元素的面分布..例如夹杂物的成分分析..两个相中元素的扩散深度、多相颗粒元素的分布情况..扫描电镜配备EBSD附件;主要做单晶体的物相分析;同时提供花样质量、置信度指数、彩色晶粒图;可做单晶体的空间位向测定、两颗单晶体之间夹角的测定;可做特选取向图、共格晶界图、特殊晶界图;同时提供不同晶界类型的绝对数量和相对比例;还可做晶粒的尺寸分布图;将多颗单晶的空间取向投影到极图或反极图上;可做二维或三维织构分析5..扫描电镜配备波谱仪即X射线波长色散谱仪;用作成分分析..成分分析的原理可用Lλ公式表示..λ是电子束激发试样时产生的X射线波=(Rd)/长;跟元素有关；d是分光晶体的面间距;为已知数；R是波谱仪聚焦圆的半径;为已知数；L是X射线发射源与分光晶体之间的距离..对于不同的L 则有不同的X射线波长;根据X射线波长就可得知是什么元素..扫描电子显微镜可以对浸出渣、铁的水解产物、转炉渣等物质进行成分分析、形貌观察;可以对连铸坯的带状偏析及夹杂物进行分析..同时;也可以用于冶金辅材的显微组织及形貌分析与测量..如：冶金高炉塔垢显微组织分析;冶金烧结矿显微组织分析;保护渣渣皮形貌及渣皮厚度测量等..扫描电镜结合上述各种附件;其应用范围很广;包括断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损和腐蚀分析、耐火材料的结构与蚀损分析等等..6.2 扫描电镜在新型陶瓷材料显微分析中的应用显微结构的分析：在陶瓷的制备过程中;原始材料及其制品的显微形貌、孔隙大小、晶界和团聚程度等将决定其最后的性能..扫描电子显微镜可以清楚地反映和记录这些微观特征;是观察分析样品微观结构方便、易行的有效方法;样品无需制备;只需直接放入样品室内即可放大观察;同时扫描电子显微镜可以实现试样从低倍到高倍的定位分析;在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动;还能够根据观察需要进行空间转动;以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系统的观察分析..扫描电子显微镜拍出的图像真实、清晰;并富有立体感;在新型陶瓷材料的三维显微组织形态的观察研究方面获得了广泛地应用纳米尺寸的研究：纳米材料是纳米科学技术最基本的组成部分;现在可以用物理、化学及生物学的方法制备出只有几个纳米的“颗粒”..纳米材料的应用非常广泛;比如通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蚀等优点;纳米陶瓷在一定的程度上也可增加韧性、改善脆性等6;新型陶瓷纳米材料如纳米称、纳米天平等亦是重要的应用领域..纳米材料的一切独特性主要源于它的纳米尺寸;因此必须首先确切地知道其尺寸;否则对纳米材料的研究及应用便失去了基础..纵观当今国内外的研究状况和最新成果;目前该领域的检测手段和表征方法可以使用透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等技术;但高分辨率的扫描电子显微镜在纳米级别材料的形貌观察和尺寸检测方面因具有简便、可操作性强的优势被大量采用..铁电畴的观测：扫描电子显微镜观测电畴是通过对样品表面预先进行化学腐蚀来实现的;由于不同极性的畴被腐蚀的程度不一样;利用腐蚀剂可在铁电体表面形成凹凸不平的区域从而可在显微镜中进行观察..因此;可以将样品表面预先进行化学腐蚀后;利用扫描电子显微镜图像中的黑白衬度来判断不同取向的电畴结构..对不同的铁电晶体选择合适的腐蚀剂种类、浓度、腐蚀时间和温度都能显示良好的畴图样..6.3 扫描电子显徽镜在地质工作中的应用扫描电子显微镜主要通过对微体古生物、岩石、矿物的形态和结构构造特征的研究;岩石、矿物的元素组成、变化规律及其赋存状态的研究;解决地质科研和生产中的各种问题..它直接或间接应用于古生物学主要是微体古生物、矿物学、岩石学、陨石学、矿床学、构造地质学、矿床综合评价和矿产综合利用等方面的研究7..6.4扫描电镜在医学和生物学中的应用随着扫描电镜分辨力沟不断提高和样品制备技术的逐步改善;它在医学生物学的研究中发挥了巨大乍用;具有重要约实用价值..特别是近年来;由于冷冻割断法、化学消化法以及树脂铸型法等新技术的创建;使人们在扫描电镜下可以直接观察组织细胞内部超微结构的立体图象;能够显示器官内微血管和其他管道系统在组织内的三维构筑;为医学生物学亚显微领域的深入探讨;提供了更为良好的条件8..7 总结目前;扫描电子显微镜的最主要组合分析功能有：X射线显微分析系统;主要用于元素的定性和定量分析;并可分析样品微区的化学成分等信息；电子背散射系统;主要用于晶体和矿物的研究9..随着现代技术的发展;其他一些扫描电子显微镜组合分析功能也相继出现;例如：显微热台和冷台系统;主要用于观察和分析在加热和冷冻过程中微观结构上的变化；拉伸系统;主要用于观察和分析材料在受力过程中所发生的微观结构变化..扫描电子显微镜与其他设备组合而具有的新型分析功能为新材料、新工艺的探索和研究起到了重要作用..参考文献：1陈世朴.金属电子显微分析M.北京：机械工业出版社;1992.2谈育煦.材料研究方法M.北京：机械工业出版社;2004;5.3吴立新;陈方玉.现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用J;武钢技术;2005;436.4曹鹏;孙黎波;邵月华.扫面电镜对金属材料失效及表面缺陷的研究J;现代制造技术与装备;2010;1.5宋敏华;激光扫描共焦显微镜在钢铁冶金行业中的应用J.机械工程材料;2007;02.6邓湘云;王晓慧;李龙土.扫描电子显微镜在新型陶瓷材料显微分析中的应用J.硅酸盐通报;2007;2:26-1.7白忠勤;刘伟明;邵月华.扫描电镜对高分子材料脆性断裂的研究J.Science& Technology Information;2010;13.8朱衍勇;董毅;司红;徐荣军.用SEM分析中厚钢板表面裂纹的成因J.电子显微学报;2000;194:543~544.9张朝佑;王秀茹.扫描电镜在医学生物学中的应用J.广州解剖学通报;1990;122.。
SEM扫描电子显微镜PPT
环保材料与工艺
采用环保材料和工艺， 降低生产过程中的环境 污染。
安全操作规程
制定严格的安全操作规 程，确保操作人员和设 备安全。
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sem扫描电子显微镜
目 录
• 简介 • 应用领域 • 技术特点 • 操作与维护 • 未来发展与挑战
01 简介
定义与特点
定义
扫描电子显微镜（SEM）是一种利用 电子束扫描样品表面并收集其产生的 二次电子、背散射电子等信号来生成 样品表面形貌和成分信息的显微镜。
特点
SEM具有高分辨率、高放大倍数、高 景深等特点，能够观察样品的表面形 貌和微观结构，广泛应用于材料、生 物医学、环境等领域。
操作步骤
01
关机步骤
02
03
04
关闭SEM软件和电脑。
关闭显微镜主机，并将显微镜 归位。
关闭电源开关，确保电源完全 断开。
常见问题与解决方案
原因
可能是由于聚焦不准确或样品表 面不平整。
解决方案
重新调整聚焦或对样品表面进行 预处理，确保表面平整。
常见问题与解决方案
原因
可能是由于样品台倾斜或扫描参数设置不正确。
3
拓展多模式功能
开发具备多种模式（如透射、反射、能谱分析等） 的扫描电子显微镜，满足更多应用需求。
提高检测灵敏度与分辨率
优化电子光学系统
改进透镜、加速电压和探 测器等关键部件Biblioteka 提高成 像质量。发展超分辨技术
利用超分辨算法和纳米材 料等手段，突破光学衍射 极限，实现更高的分辨率。
提升信号处理能力
改进信号采集、处理和传 输技术，降低噪声干扰， 提高检测灵敏度。
扫描电子显微镜PPT课件
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扫描电子显微镜
引言 扫描电镜结构原理 扫描电镜图象及衬度 扫描电镜结果分析示例 扫描电镜的主要特点
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引言
扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写 为 SEM (Scanning Electron Microscope)。SEM 与 电子探针（EPMA）的功能和结构基本相同，但SEM 一般不带波谱仪（WDS）。它是用细聚焦的电子束 轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二 次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行 观察和分析。现在SEM都与能谱（EDS）组合，可以 进行成分分析。所以，SEM也是显微结构分析的主 要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等 领域。
入射电子与试样相互作用后，能量耗尽的电子称吸收 电子。吸收电子的信号强度与背散射电子的信号强度相 反，即背散射电子的信号强度弱，则吸收电子的强度就 强，反之亦然，所以吸收电子像的衬度与背散射电子像 的衬度相反。通常吸收电子像分辨率不如背散射电子像， 一般很少用。
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各种信息的作用深度
从图中可以看出， 俄歇电子的穿透 深度最小，一般 穿透深度小于 1nm，二次电子 小于10nm。
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特征X射线能级图
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俄歇过程和俄歇电子
当一束电子﹑离子﹑光子或者其它入射源照射在固体 表层时,表层原子某一芯层K 能级上的一个电子受入射粒子 撞击后飞离该能级，原子由基态进入受激状态。 原子的退 激过程包含着下述一种非辐射过程(见图7.1)。即:由不在同 一芯层L 能级上的一个电子跃迁，去填补受激后在K 层初次 产生的空穴；多余的能量诱发能级等同或低于填补电子原 来所在L能级上的另一个电子发射。原子处于退激后的状态。 这种非辐射过程被命名为俄歇过程。退激过程发射的电子 就是俄歇电子。
扫描电子显微镜讲稿,配套PPT
了光子，发明扫描电子显微镜，“照”出了微观物质的相。
Q1:为什么电子束能当光源？1、仪器构造及原理扫描电子显微镜主要由电子光学系统、信号收集、检测系统、真空系统组成。
电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、物镜光阑、扫描线圈、信号探测器组成。
蔡司Gemini500选用热场发射式电子枪，一般选用钨或六硼化镧作为灯丝，一旦通电加热，无数电子从灯丝表面发射出来，热场发射式电子枪对真空要求较小，但灯丝的寿命有限，需要经常更换；电磁透镜具有汇聚电子束作用，将发射出几十微米的电流汇聚为1nm的电子束；物镜光阑主要用来控制束流，光阑孔径在操作界面可选择，从而调节景深；最后极细的电子束到达扫描线圈，扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描方向以及速度，使电子束进行栅网式扫描，最后电子束与样品表面原子发生碰撞而产生一系列的物理效应，如图3所示产生背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、X射线等，通过信号探测器对这些信息的接受、放大，获得测试样品表面形貌、组成和结构的丰富信息。
Q2:为什么不能测试强磁性的样品？磁性样品可能会改变电子束的汇聚方向而离开样品台，打在透镜上，轻则有可能影响未来设备的成像效果（电子束无法很好聚焦），重则可能打坏透镜。
Q3：扫描电镜为什么在真空环境中工作？电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，空气会使电子束变型，影响成像分辨率。
高能电子与样品作用能获得哪些物理信号？高速运动的电子束轰击样品表面，电子与元素的原子核及外层电子发生单次或多次弹性与非弹性碰撞，有一些电子被反射出样品的表面，其余的渗入样品中，逐渐失去其动能，最后被阻止，并被样品吸收。
在此过程中有99％以上的入射电子能量转变成热能，只有约1％的入射电子能量从样品中激发出各种信号。
今天我们主要来学习背散射电子、二次电子、x射线的产生机理以及应用。
这三个物理信号所产生的作用深度不同，二次电子产生在样品表面5-10nm处，背散射电子产生在样品几十到100nm处，特征X射线则产生在样品表面微米范围处。
扫描电子显微镜在高分子聚合物研究中的应用综述
扫描电子显微镜在高分子聚合物研究中的应用１扫描电子显微镜的原理及特点扫描电子显微镜作为一种有被的显微结构分析工具，可以对各种材料进行多种肜式的观察与分析，具有分辨率高，景深长、成像富有立体感等优点，利用扫描电镜分析显微结构，其内容丰富、方法直观。
扫描电子显徽镜的工作原理为：由热阴极电子枪发射出的电子在电场作用下加速．经过2个或3个电磁透镜的作用，在样品表面聚集成为极细的电子束。
该电子束在束透镜上方的双偏转线圈作用下．在样品表面扫描。
被加速的电子束与样品室中的样品相互作用，激发样品产，丰出各种物理信号．其强度随样品表面特征而变。
样品表而不同的特征信号，被按顺序、成比例地转换为视频信号。
通过对其中某种物理信号的检测、视频放大和信号处理．调制阴极射线管的电子束强度，从而在荧光屏上获得反映样品表面特征的扫描图像。
扫描电镜的成像原理就是以电子束作为照明源，把聚焦得很细的电子束以光栅状扫描方式照射到试样上，产牛各种与试样性质有关的信息，然后加以收集和处理从，而获得微观形貌放大像。
人工皮革是以纤维为增强材料，以高分子粘合剂为基体，通过涂敷或浸渍方式构成的复合材料。
随着科学技术的进步和市场的需求，纤维增强材料由以往棉纤维改进为合成纤维，由线密度较粗的纤维发展到超细纤维；纤维的集合体也由较早的仅用机织物、针织物，又增加了非织造布品种；而作为基体材料的粘合剂，又分为聚氯乙烯(PVC)和聚氨酯(PU)的两类。
纤维集合体之一的超细纤维材料又可以是通过共混纺丝法或复合纺丝法制得的。
而制得的人工皮革又有光面和绒面之别。
’显然，人工皮革形态结构的微细构造，只用人的手指去触摸或用眼睛去观察是无法准确与清晰的了解到的。
必须借助于近代分析仪器的手段给予准确的解析。
(1)未知样品A从市场得到两块人造皮革样品，手感柔软、舒适，适于作服装革。
使用扫描电镜(SEM)对其作了形态结构分析，EM照片如图1所示。
由SEM图1可得到如下信息：1)人工皮革是由一簇簇纤维构成的非织造布为增强材料，并被PU胶包覆；2)单纤维为直径约5微米的圆形纤维，即0．3---0．4dtex，且每根单纤维直径基本相同，推断是由海一岛型复合纺丝法制得的超细纤维，每根复合纤维中大约是由64个岛组成；3)非织造布有可能是采用先浸PV A，再浸PU胶的工艺；抽出过程中去除了PV A后，在纤维束PU胶之间形成空隙，为人工皮革提供了弹性；4)采用的是浸胶工艺，不是涂层工艺，但是提胶量很小；5)两个人工皮革样品均为双面起绒结构，绒毛较长者，内部结构略松散，手感更柔软，另一个样品绒毛较短，内部也较密实，手感略显硬。
扫描电子显微镜原理及发展综述
扫描电子显微镜原理及发展综述近年来，随着科技的不断进步，扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）在材料科学、生物学、医学等领域发挥着越来越重要的作用。
本文将对扫描电子显微镜的原理及其发展进行综述，探讨其在科学研究中的应用前景。
一、扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜是一种利用电子束来观察样品表面形貌和成分的显微镜。
其原理基于电子的波粒二象性，通过加速电子并聚焦形成电子束，然后通过扫描线圈控制电子束在样品表面上的移动，利用样品表面与电子束之间的相互作用产生的信号来获取样品的形貌和成分信息。
二、扫描电子显微镜的发展历程扫描电子显微镜的发展可以追溯到20世纪50年代。
最早的扫描电子显微镜使用热阴极发射电子，但存在发射不稳定、寿命短等问题。
随着冷阴极发射电子技术的发展，扫描电子显微镜的性能得到了极大的提升。
此外，扫描电子显微镜的分辨率也随着电子光学系统的改进而不断提高，从最初的几十纳米到目前的亚纳米甚至更小。
三、扫描电子显微镜的应用1. 材料科学领域扫描电子显微镜可以对材料的微观结构进行观察和分析，对材料的组织、晶体结构、表面形貌等进行研究。
这对于材料的研发和改进具有重要意义，尤其是在纳米材料和薄膜材料研究中更加突出。
2. 生物学领域扫描电子显微镜在生物学领域的应用也非常广泛。
它可以观察细胞、细胞器、细菌等微观生物结构，帮助研究者深入了解生物体的形态和功能。
此外，扫描电子显微镜还可以用于病毒研究、药物纳米载体的观察等领域。
3. 医学领域扫描电子显微镜在医学领域的应用主要集中在病理学和解剖学研究中。
通过对病理标本的观察，可以更加准确地判断病变类型和程度，为临床诊断提供重要依据。
此外，扫描电子显微镜还可以用于人体组织工程和人工器官的研究。
四、扫描电子显微镜的发展趋势随着科技的不断进步，扫描电子显微镜的发展也呈现出一些新的趋势。
首先，分辨率将进一步提高，有望达到亚埃级甚至更小。
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M=显像管荧光屏面积/电子束扫过试样表面面积 =S/A
由于S固定,因此,改变镜筒电子束扫描偏转线圈 的电流,实现不同观察及照相记录的需要,几乎所有 电镜均设有几种扫描速度以供选择,即电视(T.V) 扫描,快扫描(0.5~0.8秒),中速扫描(帧幅时间 1.5~3.0秒),慢速扫描(7~10秒)及照相扫描 (50~80秒).
激发试样产生的二次电子或背散射电子,这些电 子是经过双聚光镜及物镜高度聚焦后才射到试 样表面的.由于物镜的焦深长,因此,在试样表面 凹凸不平的位置上都能满足聚焦条件而获得清 晰的图象.从本质上说,扫描电镜的景深是来源 于物镜的焦深.这是由于物镜的焦深长,才能使 得粗糙不平的试样表面上很宽的深度范围都满 足适焦条件使得图象具有明显的立体感.
扫描电子显微镜综述
光电倍增管及前置放大器组成。
三.放大倍数与分辨本领 如前说述，扫描电镜的成象原理是用细聚焦 电子束在样品表面扫描时激发所产生的某些物 理信号来调制成象，由于采用镜面电子束在试 样表面扫描与显象管扫描严格同步，因此，荧 光屏上的图象应与电子束扫过试样表面一致， 其大小成比例，其比例关系即定义为扫描电镜 的放大倍数。即：
所谓分辨本领就是能够辩认物体细节的本领,以 能分清出两点或两细节间的最短距离来衡量.显然, 这与细节的形状及其相对与环境的反差有关.
扫描电镜的分辨本领约为30~100Å,肉眼能分清 荧光屏上大小d′=0.2mm的距离,那么扫描电镜的 有效放大倍数M应为:
M= d′/d=0.2mm/100 Å=2×104 即放大2万倍. 影响分辨率的主要因素:
2. 二次电子能量低,电子轨迹容易弯曲,二次电子 象不形成背影.在收集极上加上250伏电压,低能 的二次电子在正电场作用下折向收集极,它不但 增强了有效收集立体角,提高二次电子所具有的 这种翻越障碍,是曲线进入检测器的能力,使得 试样表面凹坑内部的细节也能被清楚的显示出 来,使二次电子象具有整体的立体感.
3. 二次电子的产额δ(δ=Is/Ip, Is—激发的二次电子 流, Ip—入射电子流)强烈地依靠于入射电子束 与试样表面法线间的夹角θ,对于光滑试样表面
,入射电子束能量大于1kev时,二次电子产额δ与θ 关系为: δ～1/cos θ.
旋转试样,改变θ角,可测得 δ 与θ的关系.
这是因为① θ 增大,入射电子束在试样内运 动的总轨迹增长,电子增多;② θ增大,作用体积 接近表面层,因而作用体积内产生的大量自由电 子离开表面层的机会增加,这就造成了试样各种 不同形状的表面所逸出的二次电子产额不同,从 而形成扫描电镜的表面形貌象.
五. 扫描电镜的图象衬度原理 它主要是利用试样表面在高能电子束所激发出来 的二次电子或背散射电子信号,通过接收放大在 荧光屏上显示出来.它的衬度首先取决于信号性 质即二次电子或背散射电子,其次取决于试样材 料本身的性质.特别是试样表面的结构与性质.例 如凹凸不平情况,成分差别,晶体取向及表面电位 分布等.除此之外,扫描电镜成象还涉及到电子光 学系统.如电子束斑的大小和象散,因此,也将影响 到图象的衬度.最后,成象不是直接由二次电子或 背散射电子显象,而必须经过一系列的电子线路 将它们放大并在荧光屏上扫描显示
①入射电子束斑的大小(入射斑点的直径)
②试样对入射电子的散射
③信号/噪音比
四.扫描电镜图象的景深
其一个重要的特点就是图象的景深长,有明显 的立体感,但在这里着重指出,扫描电镜的景深 与第二章所述的电磁透射镜的景深有完全不同 的概念,因为扫描电镜的成象原理及其放大方法 与电磁透镜成象的放大方法完全不同,扫描电镜 纯属几何放大. 扫描电镜成象要依靠高能电子 束
一般试样比较复杂的,如上述部位,由于它的θ 角大,产生二次电子多,因此异常亮.
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因此,人为的对信号的处理,如灰度控制等(就象看 电视调节)也将影响图象的衬度. 当然最重要的 还是电子信号和试样本身的性质.
在扫描电镜做形貌观察时,一般都采用二次电子 信号,二次电子成象具有下列几个特点:
1.二次电子空间分辨率高:二次电子能量低 (2~50ev),一般从50~100Å内的表层逸出,面积 与入射电子的照射面积相近,所以分辨率高.它 有利于用来观察极细小的细节.如断口的微区结 构,分析裂纹源的形成与发展.