纳米材料扫描电镜分析上课讲义

图 扫描电镜原理示意图
图 JSM-5600LV扫描电镜外观图
3.扫描电镜的结构
扫描电镜一般由电子光学系统、扫描系 统、信号的检测及放大系统、图像的显示与 记录系统、真空系统和电源系统组成。
电子光学系统主要由电子枪、电磁聚光 镜、光阑、等组成。它不是用来成像而仅仅 是用此获得一束高能量细聚焦的电子束作为 使样品产生各种信号的激发源。
纳米材料扫描电镜分析
2.扫描电镜的工作原理
由热阴极发射出的电子聚焦、加速，在 栅极与阳极之间形成一个笔尖状的具有很高 能量的电子束斑（交叉斑），称之为电子源。 这个电子束斑再经聚光镜（磁透镜）压缩， 会聚成极细的电子束聚焦在样品表面上，这 个高能量细聚焦的电子束在扫描线圈作用下， 在样品表面上扫描，与样品相互作用，激发 产生各种物理信号。
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图 电子检测器
30nm的纳米金刚石样品在扫描电镜下的 成像图片
图 30nm纳米金刚石扫描电镜
上图为经过粒度测试，均值粒度为 30nm的纳米金刚石样品在扫描电镜下的 成像图片。在不同的放大倍数下，扫描 电镜图下方的标尺相应变化，便于我们 直观的估计试样的大致粒度。
由图片可以清晰地看到，纳米 金刚石微粒的形状为近似的球形以及所 产生的团聚效应。经过这样初步的形貌 分析，可以为我们进一步对样品进行测 试提供参考。同时，就本样品而言，由 于团聚效应是影响纳米金刚石性能的主 要因素，本来形态规整的纳米金刚石微 粒由于团聚使得团聚体表面粗糙，降低 了材料性能。
各种信号的强度与样品的表面特征（形 貌、成分、结构等）相关，可以用不同的探 测器分别对其检测、放大、成像，用于各种 微观分析，扫描电子显微镜主要收集的信号 是二次电子和背散射电子。
扫描电镜采用的是逐点成像的图像分解法， 与电视技术相似，可以把样品被观察区划分 成许多小单元，称为象元，在电子束对样品 表面作光栅扫描时，可以逐点逐行地依次从 各象元检测出信号，并按顺序成比例地转换 为视频信号，再经视频放大和信号处理将其 一一送到有电子束同步扫描的荧光屏的栅极， 用来调制阴极射线管（CRT）的电子束的强 度，即显像管的亮度。因为电镜中的电子束 对样品的扫描与显像管中电子束的扫描保持 严格同步，所以显像管荧光屏上的图像就是 样品上被扫描区域表面特征的放大像。
扫描系统作用是使入射电子束在样品表 面与阴极射线管电子束在荧光屏上能够同步 扫描，改变入射电子束在样品表面上的扫描 振幅，以获得所需放大倍数的图像。扫描系 统是扫描电镜一个独特的结构，它主要由扫 描发生器、扫描线圈、放大倍率变换器组成。
样品表面产生的各种物理信号被检测并经 转换放大成用以调制图像或作其它分析的信号。 对于不同的物理信号要用不同的检测器来检测， 目前扫描电镜常用的检测器主要是电子检测器、 X射线检测器。