环境扫描电镜及其应用
扫描电镜技术原理及应用
扫描电镜技术原理及应用摘要: 扫描电镜一种新型的多功能的，用途最为广泛的电子光学仪器。
数十年来，扫描电镜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。
关键词：扫描电镜;应用1938 年德国的阿登纳制成了第一台扫描电子显微镜，1965 年英国制造出第一台作为商品用的扫描电镜，使扫描电镜进入实用阶段。
近 20 年来，扫描电镜发展迅速，多功能的分析扫描电镜（即扫描电镜带上能谱仪、波谱仪、荧光仪等）既能做超微结构研究，又能做超微结构分析，既能做定性、定量分析、又能做定位分析,具有景深大，图像富有立体感，分辨率高，图像放大倍数高，显像直观，样品制备过程相对简单，可连接EDAX（X-射线能谱分析仪）进行微区成分分析等特点，被广泛应用于生物学、医学、古生物学、地质学、化学、物理、电子学及林业等学科和领域［1-2］。
1扫描电镜的工作原理与技术特点1.1 扫描电镜的工作原理扫描电镜( SEM) 的工作原理是由电子枪发射出来直径为50μm（微米）的电子束，在加速电压的作用下经过磁透镜系统会聚，形成直径为5nm（纳米）的电子束，聚焦在样品表面上，在第二聚光镜和物镜之间偏转线圈的作用下，电子束在样品上做光栅状扫描，同时同步探测入射电子和研究对象相互作用后从样品表面散射出来的电子和光子，获得相应材料的表面形貌和成分分析［3］。
从材料表面散射出来的二次电子的能量一般低于50 eV，其大多数的能量约在2 ～ 3 eV。
因为二次电子的能量较低，只有样品表面产生的二次电子才能跑出表面，逃逸深度只有几个纳米，这些信号电子经探测器收集并转换为光子，再通过电信号放大器加以放大处理，最终成像在显示系统上。
扫描电镜工作原理的特殊之处在于把来自二次电子的图像信号作为时像信号，将一点一点的画面“动态”地形成三维的图像。
1.2 扫描电镜的技术特点［4］扫描电子显微镜测试技术特点主要有:( 1) 聚焦景深大。
扫描电子显微镜的聚焦景深是实体显微镜聚焦景深的50倍，比偏反光显微镜则大500 倍，且不受样品大小与厚度的影响，观察样品时立体感强。
扫描电镜的结构原理与应用
扫描电镜的结构原理与应用1. 概述扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种使用电子束来观察样品表面的高分辨率显微镜。
相比传统的光学显微镜，扫描电镜具有更高的放大倍数和更好的分辨率，能够观察到更细微的细节和表面形貌的特征。
本文将介绍扫描电镜的结构原理和应用领域。
2. 结构原理扫描电镜由以下几个基本组成部分构成：•电子枪：产生高速电子束的源头。
•准直系统：用于调节电子束的尺寸和形状，使其具有良好的准直性。
•聚焦系统：通过磁场对电子束进行聚焦，使其在样品表面形成高亮度的扫描点。
•扫描线圈：产生水平和垂直方向的扫描电场，控制电子束在样品表面的移动。
•探测器：用于检测样品表面所产生的信号，并转化为图像进行显示。
•显示器：将探测器所获得的信号转化为可见图像，并进行显示。
扫描电镜的工作过程如下：1.电子枪产生高能电子束。
2.准直系统和聚焦系统将电子束调整为合适的形状和大小。
3.扫描线圈控制电子束在样品表面进行扫描。
4.探测器检测样品表面所产生的信号，转化为图像进行显示。
5.显示器将图像进行显示和观察。
3. 应用领域扫描电镜在科学研究、工业生产和教育培训等领域有着广泛的应用。
以下是扫描电镜常见的应用领域：3.1 材料科学•表面形貌观察：扫描电镜可以观察材料表面的微观形貌特征，如纹理、孔洞和颗粒等。
•材料成分分析：通过能谱仪等附加装置，可以对材料进行成分分析，确定材料的化学组成。
3.2 生物科学•细胞观察：扫描电镜可以观察生物细胞的形态特征，揭示细胞的微细结构和功能。
•细菌病毒研究：通过扫描电镜可以观察细菌和病毒的形态和结构，研究其生长和传播机制。
3.3 纳米技术•纳米材料研究：扫描电镜可以观察纳米材料的形貌和结构，研究其物理和化学性质。
•纳米器件制备：扫描电镜可以用于观察和调控纳米级器件的制备过程和性能评价。
3.4 地质学•矿物鉴定：扫描电镜对地质样品进行观察和成分分析，有助于鉴定矿物种类和性质。
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。
环境扫描电镜详解
气体二次电子探头(GSED)
安装有探测器的印制电路板 能够很好地区别 SE-I、SE-II 和 SE-III 、 BSE 环境条件下真实的二次电子成象 样品室压力范围: 1-10 (20) Torr 观察视场: 125x 以上 低束流下良好的灵敏度
对光和热不敏感 清洗方便
新型气体二次电子探头 LF GSED
主要特点
1.样品不需喷C或Au，可在自然状态下观察图像和 元素分析。
2.可分析生物、非导电样品（背散射和二次电子 像）。
3.可分析液体样品。 4.±20℃内的固液相变过程观察 。 5.分析结果可拍照、视频打印和直接存盘（全数
字化）
环境扫描电镜: 三种操作方式
高真空方式 (常规方式) 低真空方式 (不喷涂, 非导电样品): 0.1 ~ 1
Good Quality
微生物
甲藻 小麦白粉菌
NaCl溶解-结晶过程
3.6 Torr
按m值的高低将电子的散射分成三个部分：
最小散射部分：m=<0.05， <5%的电子发生散射；
• 部分散射部分：m=0.05~3， 5%~95%的电子发生散射；
• 完全散射部分：m=>3， > 95%的电子发生散射。
• 随着气压的增加，电子束逐渐展宽？
扫描电镜的基本原理及应用
扫描电镜的基本原理及应用1. 简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用高能电子束进行样本表面成像的仪器。
与传统的透射电子显微镜不同，扫描电子显微镜通过扫描样本表面并测量反射电子的信号来生成图像，因此可以观察到样本表面的形貌、结构和组成。
2. 基本原理扫描电子显微镜的基本原理是利用电子的波粒二象性和电磁透镜的作用，将电子束聚焦到极小的尺寸并扫描样本表面。
主要包括以下几个步骤：2.1 电子源扫描电子显微镜的核心部件是电子枪，它通过发射电子来产生电子束。
电子源通常采用热阴极、场致发射或冷阴极等不同技术，以产生高能、高亮度的电子束。
2.2 电子聚焦电子束经过电子透镜的作用，可以实现对电子束的聚焦。
电子透镜通常由磁场或电场构成，可以调节电子束的聚焦度和放大倍数。
通过调节电子透镜的参数，可以得到所需的电子束直径和形状。
2.3 样本扫描电子束通过扫描线圈进行扫描，并在扫描过程中与样本表面发生相互作用。
扫描线圈可以控制电子束的位置和方向，将电子束在样本表面上进行扫描。
在扫描过程中，电子束与样本表面发生的相互作用产生不同的信号。
2.4 信号检测与处理样本表面与电子束相互作用时，会产生不同的信号。
扫描电子显微镜通常会检测并测量这些信号，用于生成图像。
常用的信号检测方式包括：反射电子检测、二次电子检测、原子力显微镜等。
3. 应用领域扫描电子显微镜在科学研究、工业生产和材料表征等领域有广泛的应用。
以下是扫描电子显微镜的一些常见应用：3.1 材料科学扫描电子显微镜可以观察材料的表面形貌和结构，对材料的微观结构进行分析。
在材料科学研究中，扫描电子显微镜常常用于研究材料的晶体结构、晶界、纳米颗粒和材料表面的纳米结构等。
3.2 生物学扫描电子显微镜在生物学研究中有广泛的应用。
它可以观察生物样本的细胞结构、细胞器和细胞表面的微观结构，对生物样本的形态和结构进行研究。
扫描电子显微镜也被用于病毒、细菌和其他微生物的观察和研究。
扫描电子显微镜(SEM)-介绍-原理-结构-应用
探头
扫描发生器 显像管
视频放大器
光电倍增管
试样
光导管
试样台
扫描电子显微镜主要由以下四个部分组成： 1. 电子光学系统：作用是获得扫描电子束，
作为信号的激发源。 2. 信号收集及显示系统：作用是检测样品在
入射电子作用下产生的物理信号 3. 真空系统：用来在真空柱内产生真空 4. 电源系统：作用是提供扫描电镜各部分所
3.3 背散射电子
背散射（backscattered）电子是指入射电子在样 品中受到原子核的卢瑟福散射后被大角度反射，再 从样品上表面射出来的电子，这部分电子用于成像 就叫背散射成像。 背散射分为两大类：弹性背散射和非弹性背散射。 弹性散射不损失能量，只改变方向。非弹性散射不 仅改变方向，还损失能量。从数量上看，弹性背反 射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。背反 射电子的产生范围在100nm-1mm深度。
d4
光电倍增管
d3:扫描系统ຫໍສະໝຸດ 试样光导管d4:试样室
试样台
2.1.1 电子枪
电子枪：钨丝成V形，灯丝中通以加热电流， 当达到足够温度时(一般操作温度为 2700K),发射电子束。在10-6Torr的真空 下，其寿命平均约40—80小时。
电子束 光阑孔
2.1.2 电磁透镜
电磁透镜：透镜系统中所用的透镜都是缩 小透镜，起缩小光斑的作用。缩小透镜 将电子枪发射的直径为30μm左右的电 子束缩小成几十埃，由两个聚光镜和一 个末透镜完成，三个透镜的总缩小率约 为2000~3000倍
03
SEM工作原理
3 扫描电镜成像的物理信号
入射电子轰击样品产生的物理信号
电子束与样品原子间的相互作用是表 现样品形貌和内部结构信息的唯一途 径。入射电子与样品原子中的电子和 原子核会发生弹性碰撞和非弹性碰撞， 所产生各种电子信号和电磁辐射信号 都带有样品原子的信息，从不同角度 反映出了样品的表面形貌、内部结构、 所含元素成分、化学状态等。
扫描电镜技术及其在材料科学中的应用
扫描电镜在材料分析中的应用摘要：随着科学技术的发展进步，人们不断需要从更高的微观层次观察、认识周围的物质世界。
细胞、微生物等微米尺度的物体直接用肉眼观察不到，显微镜的发明解决了这个问题。
目前，纳米科技成为研究热点，集成电路工艺加工的特征尺度进入深亚微米，所有这些更加微小的物体光学显微镜也观察不到，必须使用电子显微镜。
电子显微镜可分为扫描电了显微镜简称扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜简称透射电镜(TEM)两大类。
本文主要介绍扫描电子显微镜工作原理、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：电子显微镜；扫描电镜；材料；应用引言:自从1965年第一台商品扫描电镜问世以来，经过40多年的不断改进，扫描电镜的分辨率从第一台的25nm提高到现在的0.01nm，而且大多数扫描电镜都能通X射线波谱仪、X射线能谱仪等组合，成为一种对表面微观世界能过经行全面分析的多功能电子显微仪器。
扫描电镜已成为各种科学领域和工业部门广泛应用的有力工具。
从地学、生物学、医学、冶金、机械加工、材料、半导体制造、陶瓷品的检验等均大量应用扫描电镜作为研究手段。
在材料领域中，扫描电镜技术发挥着极其重要的作用，被广泛应用于各种材料的形态结构、界面状况、损伤机制及材料性能预测等方面的研究。
利用扫描电镜可以直接研究晶体缺陷及其生产过程，可以观察金属材料内部原子的集结方式和它们的真实边界，也可以观察在不同条件下边界移动的方式，还可以检查晶体在表面机械加工中引起的损伤和辐射损伤等。
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。
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。
现代表征技术 扫描电镜和环境扫描电镜在地学领域的应用综述
扫描电镜和环境扫描电镜在地学领域的应用综述微区信息是现代物质信息研究的重要组成部分。
利用扫描电镜捕捉物质微区信息具有分辨高、放大倍数大、景深大、立体感强、样品制备简单的优点, 因而广泛应用于不同领域的研究。
本文综述扫描电镜( SEM) 和环境扫描电镜( ESEM) 在矿物、岩石学、石油地质、工程地质、天文地质、古微生物学等不同地球科学领域的研究状况。
结果表明扫描电镜( SEM) 和环境扫描电镜( ESEM) 在地学微区信息提取方面有不可代替的优势。
材料的宏观性质都是由它的微观结构决定, 掌握这些微观信息对材料科学工作者来说是十分必要的, 对于地球科学工作者来说也不例外。
在现代测试技术中, 常用的成分、结构测试方法有扫描电镜、原子力显微镜、扫描隧道显微镜、透射电镜等。
而扫描电镜具有分辨高、放大倍数大、景深大、立体感强、样品制备简单的优点, 广泛应用于地球科学领域的各个方面。
但用扫描电镜进行测试时, 需要将样品进行干燥处理, 然后再在上面喷碳(金)。
这种处理方法使它的适用范围受到限制, 一些含水或油的样品不能进行测试, 而且这种方法有可能造成测试结果不准确。
为了克服这些缺点, 环境扫描电镜应运而生。
环境扫描电镜的原理基本上和扫描电镜是一样的, 它们的差别主要在样品室, 环境扫描电镜的样品室是低真空的因此, 环境扫描电镜除了可以按常规的方法观察材料的形貌和结构外, 还适用于观察含水、油的样品及非导电样品。
环境扫描电镜的显著特点是: 可在气相或液相存在的环境中观察样品, 避免干燥和真空损伤, 并可连续观察材料反应的动力学过程。
1 扫描电镜的基本原理扫描电镜的电子枪发射出电子束, 电子在电场的作用下加速, 经过两三个电磁透镜扫描电镜和环境扫描电镜在地学领域的应用综述的作用后在样品表面聚焦成极细的电子束。
该细小的电子束在末透镜的上方的双偏转线圈作用下在样品表面进行扫描, 被加速的电子与样品相互作用, 激发出各种信号, 如二次电子, 背散射电子, 吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光等。
扫描电镜与其附件的结构、原理和相关应用
第一部分
扫描电镜的结构、原理及分类
前言
扫描电子显微镜（scanning electron microscope),简称 扫描电镜（SEM），是一种利用电子束扫描样品表面从而 获得样品信ห้องสมุดไป่ตู้的电子显微镜。目前，扫描电镜已经在多个 领域得到了应用，尤其在材料研究领域，扫描电镜已经成 为了应用最为广泛的设备之一，这就迫切要求我们对扫描 电镜要进行细致深入的了解。
（6) 刑侦案件物证分析与鉴定。 （7）生物、医学和农业等领域。
其它学科中扫描电镜的应用举例：
宣纸的表面形貌
草叶表面形貌
微电路扫描电镜观察
手机用陀螺仪形貌
昆虫扫描电镜观察
雪花扫描电镜观察（冷台）
血细胞扫描电镜观察
红细胞
白细胞 人的头发扫描电镜观察
血小板
扫描电镜在材料科学中的应用 （1）材料组织或表面形貌观察
1、扫描电子显微镜的历史
德国科学家 Max Knoll在1935年设计的一台仪器被认为 是第一台扫描电子显微镜。如左下图，他将一个阴极射线管 改装，以便放入样品，从另一个阴极射线管获得图像。（两 管用一个扫描发生器同步扫描，用二次电子信号调制另一台 显示器。）束斑尺寸在0.1~1mm之间，因为二次电子发射的 变化产生反差，但没有实用价值。装置虽然简单，但勾画出 了扫描电镜的原理性轮廓。
很多金属样品采用电解抛光的方法都可以将材料表面处 理得很好，这种方法可以去除样品表面的形变层，包括表面的 凹凸不平。 但是并没有哪种电解抛光方法对所有的材料都有效——对 于每种指定的样品都需要采用正确的抛光溶液。可通过科技文 献和设备制造商网站查询抛光液配方。 在抛光中，有很多因素可以影响抛光率：所用的抛光溶 液，抛光电压，抛光液温度，样品尺寸和抛光时间。
扫描电子显微镜的改进及其应用
扫描电子显微镜的改进及其应用摘要概括了扫描电子显微镜的成像原理、分类以及应用，以期为人们对扫描电子显微镜的使用提供指导。
关键词扫描电子显微镜；原理；应用中图分类号 tn16 文献标识码 a 文章编号 1007-5739（2009）07-0301-02电子显微镜（简称电镜，em）是现代科学研究中不可缺少的重要工具。
电子显微镜主要有透射电子显微镜（简称透射电镜，tem）和扫描电子显微镜（简称扫描电镜，sem）两大类。
扫描透射电子显微镜（简称扫描透射电镜，stem）兼有两者的性能。
为了进一步表征仪器的特点，有以加速电压区分的，如：超高压（1mv）和中等电压（200～500kv）透射电镜、低电压（<1kv）扫描电镜；有以电子枪类型区分的，如：场发射枪电镜；有以用途区分的，如：高分辨电镜、分析电镜、能量选择电镜、生物电镜、环境电镜、原位电镜、测长cd-扫描电镜；有以激发的信息命名的，如：电子探针x射线微区分析仪（简称电子探针，epma）等。
其中，扫描电子显微镜是当今最重要的分析仪器之一，在许多研究领域中具有不可替代的作用。
但是，在日常的使用过程中人们也发现了扫描电子显微镜在某些领域上的不足之处。
人们通过对电子扫描显微镜的改进，使其应用范围更加广泛。
下面着重介绍几种扫描电子显微镜及扫描电镜的改进及其应用技术。
1 扫描电镜原理扫描电镜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。
由电子枪发射的能量为5～35kev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（以及其他物理信号），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信号，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。
环境扫描电镜在农业上的应用研究
蟛 蜞 菊 叶表 面 的表 皮 细胞 及 气孔 结 构保 持 完整
理 ， 接 观察 分 析检 验 其结 果快 捷 准 确 ， 直 更能 体 现 出
优 势
（ １， 图 ） 叶表 面 的腺 体 是一 个椭 圆形 小 球 体 ， 内腔 其
中有一 些 倍 伴贴 内酯 和 聚 乙炔 化 合物 ， 蟛 蜞 菊 抗 是
大 钝 圆形 ， 环 境 扫 描 电镜 下 孢 子 形 态 完 整 （ ７ 在 图 、
图 ８。 ）
环 境 扫描 电镜 是 采 用 多 级 真 空 压 差 技 术 ， 保 在 持 电子枪 和镜 筒 的 高 真 空 状 态 下 ， 品 室 内可 以 保 样 持 较 高 的气 压 （ 差真 空 ） 较 高 的湿 度 ， 于 观 察 极 及 便 新 鲜 活体 生 物样 品 ， 决 了生 物样 品失水 变 形 问题 。 解 由于 样 品能 带水 分 并在 样 品 室 内保持 着 一 定 的湿度 和气 体 ， 以采 用气 体 二次 电子探 测 器 ， 所 通过 二 次 电 子对 气 体分 子 的 电离作 用 使生 物 样 品微 弱 的二 次 电
态 机 理 研 究 、 虫 害 检 疫 、 出 口农 产 品 及 种 苗 质 量 病 进
下观 察 ， 定 样 品 座 温 度 ５ ， 品 室 气 压 ７ ５× 设 ℃ 样 ．
ｌ ａ 相 对 湿 度 ８ ％ ， 速 电 压 ２ ｋ 。 ０Ｐ ， ５ 加 ０ Ｖ
２ 结 果 与 讨 论
鉴 定 等方 面 ， 由于能 作 活体 观察 ， 需 对样 品进 行处 无
华南 植物 所 提 供 新 鲜蟛 蜞 菊选 顶 叶 以下 第 三 片叶
用蒸 馏 水清 洗 ， 取 叶 中 间 部 位 用 双 面胶 直接 粘 于 切 样品台， 叶横 切 面用缓 冲液 清洗 ， 花柱 无须 清 洗 直接
扫描电镜的应用
扫描电镜和电子探针的应用扫描电镜是利用静止的或在样品表面做光栅扫描的一束精细聚焦的电子束，轰击样品表面产生各种信号(二次电子、背散射电子、俄歇电子、特征X射线及不同能量的光子等)，利用电磁透镜系统成像，对固体材料进行分析的仪器。
广泛应用于生物、地质、固体物理、电子及材料等科学领域。
主要用于观察微米及亚微米范围内的各种现象。
第一台扫描电镜是由vonArdenne通过在透射电镜(TEM)上加装扫描装置改制而成的。
由于SEM具有分辨率高(纳米级)、景深大而且可以从几十倍到几千倍连续放大，因此自问世以来就成为材料研究和失效分析的利器。
1 SEM的应用1.1 SEM金相分析正确的金相分析是失效分析的基础。
首先是对各种光学显微镜不能分辨的基本显微组织的分析，如隐针马氏体、屈氏体等;其次是对显微组织精细结构的分析，如上贝氏体中铁素体和渗碳体两个相的形态，条状马氏体的细长板条状的立体形态等。
再次，各种金属间化合物相、碳化物相、硼化物相及氮化物相等。
相、M如‘型化合物、p 相等，硬质合金中的Co相WC相等等。
其他金相分析，如异种钢接头焊缝底层的不均匀带、硬质合金晶粒形状大小、硬质合金的混料、蠕墨铸铁中石墨的空间立体形态、钢中显微裂纹和显微缩孔等。
金相分析一般在低倍分析及光学显微镜分析的基础上结合结构分析(如X 射线衍射分析、电子衍射分析等)和微区成分分析(如波谱仪、能谱仪等)完成的。
1.2 SEM在断口分析中的应用利用扫描电镜进行电子断口分析，是在失效分析中的最主要的应用，利用SEM对断裂机理分析归类，明确断裂类型，其次是对裂纹源位置和扩展方向的判定，金属材料的主要断裂机理有:韧窝断裂、解理断裂、滑移分离、准解理断裂、疲劳断裂及环境断裂等。
韧窝断裂主要分析韧窝的形状、大小、数量、第二相粒子及夹杂物等。
其微观形貌为:正交韧窝、剪切韧窝、撕裂韧窝及卵形韧窝和沿晶韧窝等。
解理断裂的微观形貌特征为:解理台阶、河流、舌状花样、扇形花样、鱼骨花样、瓦纳线等。
TEM和SEM的异同比较分析以及环境扫描电镜,场发射电镜与传统电镜相比较的技术特点和应用.[整理]
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TEM和SEM的异同比较分析以及环境扫描电镜,场发射电镜与传统电镜相比较的技术特点和应用.xrd是x射线衍射，可以分析物相，SEM是扫描电镜，主要是观察显微组织，TEM是透射电镜，主要观察超限微结构。
AES是指能谱，主要分析浓度分布。
STM扫描隧道显微镜，也是观察超微结构的。
AFM 是原子力显微镜，主要是观察表面形貌用的。
TEM:透射电子显微镜（英语：Transmission electron microscope，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。
通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2μm、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。
TEM是德国科学家Ruskahe和Knoll在前人Garbor和Busch的基础上于1932年发明的。
编辑本段成像原理透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。
样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。
早期的透射电子显微镜都是基于这种原理 TEM透射电镜。
衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射钵的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。
相位像：当样品薄至100A以下时，电子可以穿过样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。
编辑本段组件电子枪：发射电子，由阴极、栅极、阳极组成。
阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速、加压的作用。
聚光镜：将电子束聚集，可用于控制照明强度和孔径角。
样品室：放置待观察的样品，并装有倾转台，用以改变试样的角度，还有装配加热、冷却等设备。
扫描电镜的原理及应用论文
扫描电镜的原理及应用论文1. 引言扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率成像技术，广泛应用于材料科学、生命科学、纳米科学等领域。
本文将介绍扫描电镜的原理和应用。
2. 扫描电镜的原理扫描电镜采用电子束取代了光束，利用电子与样品之间的相互作用产生信号进行成像，具有很高的分辨率和深度信息。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 加速电子束由电子枪发射出的电子经过加速电场加速，形成高速电子束。
2.2 焦化电子束利用磁透镜将电子束进行聚焦，使得电子束直径减小，增加成像的分辨率。
2.3 与样品相互作用电子束照射到样品表面后，与样品发生相互作用。
这些相互作用包括电子散射、透射、反射等。
2.4 探测信号样品对电子束的相互作用会产生各种信号，如二次电子、反射电子、散射电子等。
扫描电镜会对这些信号进行检测和记录。
2.5 高分辨率成像扫描电镜根据探测到的信号，通过扫描样品表面得到像素状的数据，并通过计算机处理形成图像。
由于电子束的小焦斑直径和信号检测的优势，扫描电镜具有很高的分辨率。
3. 扫描电镜的应用扫描电镜在许多领域中有很广泛的应用。
以下列举了其中几个重要的应用领域：3.1 材料科学扫描电镜可以对材料的微观形貌进行观察和研究，如金属晶体的形态和结构、聚合物的表面形貌、纳米颗粒的尺寸和分布等。
这些信息对于材料的性能和应用有重要影响。
3.2 生命科学扫描电镜可以对生物样品进行观察和研究，如细胞的形态、结构和表面特征、细胞器的分布和形态等。
这些研究可以帮助科学家深入了解生物体的结构和功能。
3.3 纳米科学扫描电镜在纳米科学领域中有着广泛的应用，如纳米材料的制备和表征、纳米结构的形貌和特性研究等。
其高分辨率和成像能力使其成为纳米研究中不可或缺的工具。
3.4 地质学扫描电镜在地质学中的应用主要包括矿物学和岩石学的研究。
通过观察和分析矿物颗粒、岩石的纹理和结构，可以推断其形成和演化历史，对地质过程进行研究。
第五章+扫描电镜及其应用[1]
![第五章+扫描电镜及其应用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/c787acceda38376baf1faeef.png)
2．粉末试样
先将导电胶或双面胶纸粘结在样品座上， 再均匀地把粉末样撒在上面，用洗耳球吹去未 粘住的粉末，再镀上一层导电膜，即可上电镜 观察。
3．液体试样 如何制备？
4. 镀膜
镀膜的方法有两种，一是真空镀膜，另一种是离子 溅射镀膜。离子溅射镀膜的原理是：在低气压系统中， 气体分子在相隔一定距离的阳极和阴极之间的强电场 作用下电离成正离子和电子，正离子飞向阴极，电子 飞向阳极，二电极间形成辉光放电，在辉光放电过程 中，具有一定动量的正离子撞击阴极，使阴极表面的 原子被逐出，称为溅射，如果阴极表面为用来镀膜的 材料（靶材），需要镀膜的样品放在作为阳极的样品 台上，则被正离子轰击而溅射出来的靶材原子沉积在 试样上，形成一定厚度的镀膜层。
可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质 量。如通过γ调制可改善图像反差的宽容度，使图 像各部分亮暗适中。采用双放大倍数装置或图像选 择器，可在荧光屏上同时观察不同放大倍数的图像 或不同形式的图像。 可进行多种功能的分析。与X射线谱仪配接，可在 观察形貌的同时进行微区成分分析；配有光学显微 镜和单色仪等附件时，可观察阴极荧光图像和进行 阴极荧光光谱分析等。 可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验， 观察在不同环境条件下的相变及形态变化等。
镜筒阀V4
热偶规TC4
冷规
电子枪
显示器
聚光镜 扫描 放大器 扫描线圈 物镜 试样 二次电子 探测器 信号 放大器
扫描电镜光学系统及成像示意图
扫描电镜特点
可以观察直径为0～30mm的大块试样，制样方法简 单。 场深大、三百倍于光学显微镜，适用于粗糙表面 和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易 于识别和解释。 放大倍数变化范围大，一般为15～200000倍，最 大可达10～300000倍，对于多相、多组成的非均匀 材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。 具有相当的分辨率，一般为3～6nm，最高可达2nm。
扫描电镜的原理特点及其应用
扫描电镜的原理特点及其应用1. 原理介绍扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束与样品之间的相互作用来产生图像的一种显微镜。
与传统的光学显微镜不同，扫描电镜通过扫描电子束在样品表面的反射和散射来获取高分辨率的图像。
其原理如下：•通过电子枪产生高能电子束，该电子束经过加速后，在一系列电磁透镜的作用下，被聚焦为一个非常细小的束斑。
•电子束在样品上的散射以及与样品表面原子的相互作用会产生二次电子信号，这些信号被收集并放大后，通过扫描系统进行整理和处理。
•扫描系统控制电子束在样品表面上的移动，并记录和解析二次电子信号，最终生成高分辨率的图像。
2. 特点扫描电子显微镜具有以下特点：2.1 高分辨率扫描电子显微镜的分辨率通常在0.1纳米到10纳米之间，远远超过了传统光学显微镜的分辨率。
这使得它能够观察到更小尺寸、更细微的结构和更精细的表面特征。
2.2 大深度扫描电子显微镜能够提供比传统显微镜更深的景深，即使在观察高度不均匀、多层次的样品时也能保持图像的清晰度。
2.3 表面成分分析通过扫描电子显微镜，可以使用能量色散X射线光谱仪（Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS）来检测样品表面的元素组成。
这种功能使得扫描电子显微镜在材料分析、金属学和纳米科学等领域具有广泛的应用。
2.4 环境适应性扫描电子显微镜可以在常温下使用，也可以在真空或气体环境中工作。
这使得它能够适应各种样品的要求，并广泛应用于不同领域。
3. 应用扫描电子显微镜在科学研究和工业生产中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：3.1 材料科学扫描电子显微镜可以用来观察和分析各种材料的微观结构和表面形貌。
例如，可以观察金属的晶粒形态、断裂面的特征，以及陶瓷和聚合物的微观结构等。
这些信息对于材料的研究和开发非常重要。
3.2 纳米科学由于其高分辨率和表面成分分析能力，扫描电子显微镜在纳米领域中具有重要的应用价值。
扫描电镜的原理及应用
扫描电镜的原理及应用扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束扫描样品表面并通过检测电子束与样品交互产生的多种信号来获得样品表面形貌和成分信息的显微镜。
相比传统光学显微镜，扫描电镜具有更高的分辨率和深度，广泛应用于材料科学、生物学、地质学、电子学等多个领域。
1.电子源：扫描电镜使用热阴极或场发射电子枪产生电子源，通过激光或电子束对电子源进行刺激，使其产生电子。
2.真空系统：扫描电镜需要在真空中进行工作，以避免电子与空气分子的相互作用。
真空系统可确保电子束能够稳定地通过管道进入样品表面。
3.电子束的聚焦和定位：经过加速和聚焦装置后，电子束被聚焦到非常小的直径，同时通过扫描线圈控制电子束在样品表面上进行移动和定位。
4.样品表面的信号检测：样品表面与电子束交互后，产生多种信号，包括二次电子、背散射电子、X射线、荧光等。
通过相应的检测元件，如二次电子检测器和能谱仪，来收集这些信号。
5.数据处理和成像：通过对收集到的信号进行放大、滤波、扫描等处理，将数据转化为像素点，通过屏幕或计算机显示成像。
扫描电镜具有很多应用领域，以下是其中的几个主要应用：1.材料科学：扫描电镜可用于研究材料表面形貌、晶体结构以及纳米材料的性质。
通过观察和分析材料表面形貌和成分，可以揭示材料的微观结构、缺陷、晶胞排列等信息。
2.生物学：扫描电镜对于生物学研究也有很大的帮助。
可以观察细胞、组织和器官的微观形态、细胞器的分布和关系。
通过扫描电镜的成像，可以研究细胞的形态和结构与功能的关系，以及疾病的发生机制。
3.地质学：扫描电镜可用于研究岩石和矿石的成分、结构、矿物组成等信息。
可以观察到岩石和矿石的微观结构、矿物晶型、矿物交代等特征，为地质学和矿物学研究提供重要的信息。
4.电子学：在微电子制造中，扫描电镜可用于观察和分析电子元件的形态和结构、探测缺陷和纳米线路的状况。
这对于电子元件的设计和质量控制非常重要。
扫描电镜及其在储层研究中的应用
扫描电镜测试技术原理及其在储层研究中的应用1、扫描电镜的结构和工作原理扫描电镜的主要构成分为四部分：镜筒、电子信号的显示与记录系统、电子信号的收集与处理系统、真空系统及电源系统(图1)。
以下是各部分的简介和工作原理。
1.1扫描电镜结构1.1.1镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统，其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面进行扫描，同时激发出各种信号。
1.1.2电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。
在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm 至几十nm 的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成份。
通常所说的扫描电镜图像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。
检测二次电子的检测器的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，将电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。
1.1.3电子信号的显示与记录系统扫描电镜的图像显示在阴极射线管（显像管）上，并由照相机拍照记录。
显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。
1.1.4真空系统及电源系统扫描电镜的真空系统由机械泵和油扩散泵组成，其作用是使镜筒内达到10 托的真空度。
电源系统则供给各部件所需的特定电源。
图1 扫描电镜结构图1.2扫描电镜的基本原理扫描电镜的电子枪发射出电子束，电子在电场的作用下加速，经过两次电磁透镜的作用后在样品表而聚焦成极细的电子束。
该细小的电子束在末透镜的上方的双偏转线圈作用下在样品表而进行扫描，被加速的电子与样品相互作用，激发出各种信号，如二次电子，背散射电子，吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光等。
扫描电镜原理及应用
Cr
12.71
Mn
0.30
Fe
86.99
元素面分布图
球 粒 成 分 均 为 钢 料
结论
在陶瓷成分中添加大量金属球粒， 球粒尺寸：50μm~ 150 μm， 球粒分布不均匀。 球粒成分Cr含量~12%，属于不锈钢， 符合国产牌号：x Cr12 。
样品 塑料
应用实例二
样品名称 ：柴油机轴瓦 半圆形金属件
扫描电镜结构、原理及应用
人眼分辨率
A
0.2 mm
B
250 mm
2
眼睛
光学显微镜的局限
• 分辨率主要取决于照明源的波长
r
2
• 可见光的波长在400-700 nm之间，所以光镜的分 辨率＞200 nm
• 电子束波长约为可见光波长的十万分之一，因此 采用电子束作为照明源可以大幅提高显微镜分辨 率。
• 我国科学工作者在研究西汉女尸的骨骼肌时，在扫描电镜下能清楚地看 到女尸腰大肌肉纤维的横纹结构，并且能进一步分辨出它的精细结构， 还看到了许多卵形的细菌芽孢结构。应用扫描电镜对古尸结构进行研究 ，不仅为了解古代的医药学提供了宝贵的资料，而且可以对人类的发展 获得新的认识。
53
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材料学
扫描电子显微镜在材料检验、材料工艺、失效分析、 新材料研制等方面具有广泛的应用 • 扫描电镜技术被广泛应用于高分子多相体系的形态结构、界面状况、 损伤机制及材料性能预测等方面的研究。用扫描电镜观察PA/ＣＦ复 合材料断口的形貌可看出，碳纤维表面处理对提高复合材料的力学性 能起至关重要的作用。 • 扫描电镜技术在高分子复合材料微观形貌研究中发挥了重要作用。用 扫描电镜对不同复合体系的微观形态结构进行观察研究，寻找某种复 合体能促进晶须的分散，使两相界面结合能力提高，使研制的材料达 到更高的强度。 • 应用扫描电镜及动态拉伸台对碳钢进行动态拉伸试验，跟踪观察碳钢 裂纹的萌生、扩展及断裂过程，研究碳钢的强度与金相组织的关系及 如何提高碳钢的材料强度。 • 利用扫描电镜可以直接研究晶体缺陷及其生长过程。结合计算机分析 ，可以得到定量的结果。
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环境扫描电镜及其应用tina(2010-09-25 11:59:44)邵曼君(中国科学院化工冶金研究所 ,北京 1 0 0 0 80 )环境扫描电镜 (environmentalscanningelectronmicroscope ,ESEM)是近年发展起来的新型扫描电镜 .它与常规扫描电镜 (SEM )的主要区别在样品室 :常规扫描电镜样品室真空度必须优于 1 0 -3 Pa ,绝缘样品需要表面金属化 ;而ESEM的样品室通入气体处于低真空的“环境”状态 ,根据气体电离及放大原理 ,非导体及含水样品可以不经表面喷涂处理 (喷金或喷碳 )就能直接观察 .ESEM扩大了SEM的应用领域 ,随着ESEM的逐渐完善 ,有关应用ESEM仪器的论文逐年增多 .本文将简单地介绍ESEM的成像原理和我国第一台ESEM (KYKY1 50 0型 )的特点 ,以及ESEM在物理､材料､生物科学等方面的应用和我们近年来开展的工作.1 环境扫描电镜的成像原理在高真空的常规扫描电镜中 ,用标准的EverhartThornley探测器来接受被高能入射电子激发的样品的信号电流 (二次电子和部分背散射电子 ) ,经放大后形成图像 .由于这类探测器中的闪烁体光电倍增管探头上加了几千伏的电压 ,因此只能在高真空下工作。
早年就有人做过在通气的环境下用电子光学原理观察样品形貌的成像原理研究 ,但完整的ESEM技术的建立在 80年代 ,其中澳大利亚的Danilator[1 ]和英国的Farley与Shah[2 ,3 ]在成像的机理及电镜的技术上做了不少的工作 .环境SEM成像原理及电子探测器的机理可以简单地用图 1来描述[4].图中 ,由电子枪发射的高能入射电子束 (1 )穿过压差光阑进入样品室 ,射向被测定的样品(5) ,从样品表面激发出信号电子 :二次电子———SE(4)和背散射电子———BSE(3 ) .由于样品室内有气体存在 ,入射电子和信号电子与气体分子碰撞 ,使之电离产生电子和离子 .如果我们在样品和电极板(2 )之间加一个稳定电场 ,电离所产生的电子和离子会被分别引往与各自极性相反的电极方向 ,其中电子在途中被电场加速到足够高的能量时 ,会电离更多的气体分子 ,从而产生更多的电子 ,如此反复倍增 .ESEM探测器正是利用此原理来增强信号的 ,这又称气体放大原理 .但是样品室中气体分子的存在对于SEM的成像也有着副作用 ,由于气体分子对入射电子的散射使部分电子改变方向 ,不落在聚焦点上 ,从而产生图像的背底噪音 ;同时入射电子使气体分子电离 ,产生电子和离子 ,也会加大图像的背底噪音 .因而偏压电场的电压､方向及电极板的形状 ,气体状态 (种类､压力等 )和入射电子路径等因素都会对图像的分辨率产生影响 ,必须选择适当的参数才能使分辨率的降低保持在最小的限度 .不同的探测器应有不同的工作参数 ,有关国产的KYKY1 50 0ESEM的详细情况请参阅文献 [5]和 [6 ].2 KYKY1 50 0高温环境扫描电镜KYKY1 50 0高温环境扫描电镜是由中国科学院科学仪器中心和中国科学院化工冶金研究所于 1 993年合作研制的样机 .它的主要结构特点是 :三级真空系统､环境信号探测系统和高温样品台 .此台仪器是用KYKY1 0 0 0B扫描电镜改造而成 ,它的技术指标是 :在样品室气压为 1 3 0 0Pa和温度为 80 0℃时达到 6 0nm的分辨率 .为了使样品室通入气体且达到 2 6 0 0Pa的真空度 ,而电子枪部分的真空度仍然处于1 0 -3 Pa,在下极靴部位须加一个真空夹层 ,形成电镜镜筒的三级真空 .真空夹层有两个压差光阑 ,上部的压差光阑也就是物镜光阑 ,孔径为 2 0 0 μm ,下部的压差光阑的孔径为 3 0 0 μm .设计的参数是 :电子枪的真空度 1 0 -3 Pa ,真空夹层的真空度 1— 1 0Pa ,样品室的最高真空度为 2 6 0 0Pa .环境信号探测系统是专为在高温下接受环境电子信号而设计的 ,采用的结构如图 2所示 ,即在样品上加负偏电压 ,而在电极板上接受信号 .这种形式的结构可以使高温样品台的加热炉丝的电流产生的干扰较小 .高温样品台的最高温度可达到 1 2 0 0℃ ,其结构可参阅文献 [5].3 ESEM的应用发展如果用常规的扫描电镜对非导体样品进行观察 ,由于入射电子的作用 ,电子会在非导体样品表面上不断聚集 ,引起充放电现象 ,无法正常地观察表面图像 .所以 ,观察前必须对非导体的表面进行金属化处理 (镀金或镀碳 ) .采用环境扫描电镜进行观察时 ,情况会发生根本的变化 .正如第一节所述 ,样品室中的环境气体在入射电子和信号电子的碰撞下产生大量的电子和正离子 ,这些正离子会与样品表面积累的电子迅速作用 ,消除充放电现象 ,使不导电的样品不经表面处理而直接观察成为可能 .对于含水的样品来说 ,在足够的气压下 ,水的蒸发速度降低 ,潮湿样品不会很快地失去水分和变形 ,能够不经冷冻制样而直接观察其原来的自然形貌 .早期发表的ESEM的应用文章大多集中在对含水的样品 (植物､玉米的断面､面包的霉菌[7]､生物细胞､湿的NaCl晶体等 )以及对非导体样品 (玻璃､橡胶､塑料､古代化石[8]等 )的观察 .但近年在应用上又增加了对一些过程的动态观察 ,下面列出一些实例 :(1 )美国佛罗里达州立大学的Hascicek(1 994) [9]用带高温台的环境扫描电镜原位观察了高温超导材料Bi -2 2 1 2 /Ag[在一个厚0 .1mm､宽 1 0mm的银 (Ag)带两面镀有厚 2 0—3 0 μm的Bi-2 2 1 2 ]在 2 93— 90 0K下的热膨胀过程 ,并测量了热膨胀率 .(2 )丹麦RIS国家实验室在 1 996年的一个报告[1 0 ]中谈到 ,在ESEM中利用样品内气体压力对成像的影响 ,观察到了金属陶瓷中金属镍和氧化锆的两相边界 ,从而获得了一张这种陶瓷中的电子传导路径图 .(3 )德国F櫣ting等人 (1 994) [1 1 ]对两种碳纤维 (C/C及CFPC)材料的断裂来源及断裂的扩展在ESEM中进行了动态观察 ,为断裂的机理研究提供了很好的照片 .(4)Donald等人 (1 996 ) [1 2]还对有机纤维状物质 (胡萝卜､栗木､苹果 )挤压､断裂的机理在ESEM中进行了研究 .(5)美国Sujata(1 991 ) [1 3 ]对水泥的水合过程进行了观察 .他在ESEM中装入一个毛细滴管 ,在样品水泥中滴入水 (或其他液体 ) ,观察其湿润过程及随后的干燥与再湿过程 ,提出了水泥浆团养护模型 .(6 )美国Pennsylvania大学的Brown(1 992) [1 4]观察了纯铜粉及铜粉中加玻璃粉的涂料在加热时微观结构的变化 .在ESEM中 ,可以看到纯铜粉涂料在高温下 (90 0℃ )被深度氧化 .含玻璃粉的铜粉涂料 ,由于玻璃的存在 ,在高温下玻璃软化覆盖了铜粉 ,Cu2O极易溶入玻璃 ,在它一生成后就被溶解 ,于是铜的氧化速率被降低 ,直至氧化不能继续进行 .后期的X衍射分析中发现玻璃里面的确裹进了Cu2O .4 高温环境扫描电镜在我所的应用经过两年多对KYKY1 50 0高温环境扫描电镜的实践使用 ,我们逐渐熟悉了仪器的性能 ,也了解了仪器一些缺陷 ,并正在进行部分改进 .首先我们对绝缘样品在环境扫描电镜的环境接收系统下的图像与在常规扫描电镜的二次电子接收系统 (闪烁体光电倍增管系统 )下的图像进行了对比[1 5],使用的样品是 :毛线纤维､吊兰根断面､橡胶､硅片等 .先在环境扫描电镜中直接观察并得到环境图像 ,然后镀金 ,再获得常规扫描电镜的二次电子图像 .照片的对比清楚地说明了 ,直接观察的环境图像 (如毛线纤维 )能显示更多的微观细节 (毛线纤维的鳞片结构 ) .特别是对于含水的生物样品 (吊兰根 ) ,真空喷涂造成样品失水､收缩 ,使获得的二次电子图像失去了原来的真实面貌 .使用KYKY1 50 0我们还进行了一些气固反应的微观反应机理的研究 ,近年来国际上称这种研究方法为动态扫描电镜法(dynamicscanningelectronmicroscopy ,DSEM ) .为了进行这类研究 ,我们为高温台配置了外部温控系统 ,为样品室进气配置了气体预混合系统 ,并增加了计算机图像分析及采集系统 ,开发了适用于KYKY1 50 0的动态环境扫描电镜法(DESEM ) ,系统装备如图 3所示 .图 4 在ESEM中,50 0℃ ,PO2 =3 .2Pa下 ,铁晶须生长过程(a)t=0;(b)t=2.1min ;(c)t=60min ;(d)t=103min;(e)t=1 73min ;(f)t=1 73min冷却后FESEM图像在两年多的研究工作中 ,已完成的内容有 :纯金属 (纯铁､纯镍 )在不同温度 (50 0— 750℃ )､不同氧分压 (1 0 -4— 45Pa)下氧化晶粒 /晶须生长过程的研究[1 6— 1 8];金属间化合物 (Ni3 Al,Ti3 Al)表面氧化过程的观察 .图 4是一组在纯铁表面上铁氧化物晶须生长过程的图像 ,反应在ESEM中进行 ,温度50 0℃ ,氧分压PO2 =32Pa ,总压 2 70Pa .图 4中照片(a)为样品铁经抛光后未反应的形貌 ,它的表面光滑且无粒 .当反应时间t=21min时 ,在图 4(b)中已能隐约看到出现了小晶粒 ,随着氧化的进行 ,小晶粒数目逐渐增加 ,晶粒长大 ,边缘也逐渐清晰 ,它们还粘结形成环状 [图 4(c) ].当这些晶粒铺满表面后 ,又有新的亮点 (新的晶核 )出现[图 4(d),t =103min],这些晶粒和下层的氧化铁晶粒一起生长 ,直至可看到明显的须状[图4(e)].图 4(f)为停止反应后室温下晶须的高倍图像 ,这种扁长的叶片状晶须是非常典型的板条状α Fe2 O3 晶须 ,而且从再次放大的照片中可以清楚地看到,晶须是从下一层氧化物晶粒间隙的错位中长出 .详细的内容请参阅文献[16].目前我们正进行和将开展的研究工作有:(1 )铁氧化物 (Fe2 O3 ,Fe3 O4)及铁精矿在不同温度､CO分压下还原机理的研究[9];(2 )铁氧化物在CO还原过程中铁晶须生长过程的研究 ;(3 )Vero细胞大规模培养中单颗粒载体的动力学———细胞生长的动态过程研究 .由于文章篇幅有限 ,这里就不一一介绍了 .参考文献[1]G.D.Danilator,AdvancesinElectronicsandElectronPhys.,71(1988),109.[2]A.N .Farley ,J.S .Shah ,J.ofMicroscopy ,158-3 (1990 ) ,379.[3]A.N .Farley ,J.S .Shah ,J.ofMicroscopy ,158-3 (1990 ) ,392 .[4]N .Baumgarten ,Scanning ,1 2 (1990 ) ,I-3 6 .[5]余建业等 ,电子显微学报 ,16-1 (1997) ,57.[6]邵曼君等 ,电子显微学报 ,1 6-1 (1997) ,65.[7]G .D .Danilator,J.ofMicroscopy,162 -3 (1991 ) ,391 .[8]R .J.Koestler,Scanning ,1 2 (1990 ) ,I-37.[9]Y .S .Hascicek ,Proc.of 2 8thMAS ,(1994) ,256 .[10]C .C .Appeletal,Proc.of 1 1thEuropeanCongressonElectronMicroscopy ,(1996 ) ,T6 -1 .[11]M .Füting ,J .Hopfe,S .Wagner,Proc.of 28thMAS ,(1994) ,254.[12]B .L .Thiel,A .M .Donald ,Proc.of 1 1thEuropeanCongressonEM ,(1996 ) ,T6 -17.[13]K .Sujata,H .M .Jennings,MRSBulletin ,ⅩⅥ -3(1991 ) ,41 .[14]P .W .Brownetal,Scanning ,1 4(1992) ,Ⅱ -2.[15]段岳､邵曼君 ,化工冶金 ,1 7-1 (1996 ) ,66 .[16]M .Shao ,H .Li,Y .Duan ,Proc.of 6thAsia -PacificConf.onElectronMicroscopy ,(1996 ) ,61 .[17]邵曼君等 ,电子显微学报 ,1 5-6 (1996 ) ,540.[18]M .Shao,H .Li,M .Kwuak ,Particle&Part.Syst.Charac.,1 4-1 (1997) ,35.[19]M .Shao ,Z .Li,Proc.ofthBeijingConf.&ExhonInstrum.Analysis,(1997),(inpress).。