扫描电子显微镜
扫描电子显微镜
扫描电子显微镜扫描电子显微镜是一种强大的工具，它可以帮助科学家观察到物质的更小的细节和结构。
本文将介绍扫描电子显微镜的原理、应用、发展历程以及未来发展趋势。
原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）是一种利用扫描电子束与物体相互作用而获得形貌和微区组织信息的显微分析仪器。
扫描电子显微镜的工作原理是，将高能电子轰击样品表面，使其表面电子被激发，发射出大量的二次电子。
这些二次电子被探测器接收并转换成负电荷信号，在特定条件下被扫描成像。
应用扫描电子显微镜广泛应用于多个领域，包括材料科学、生命科学、化学和地质学等。
以下是该技术在这些领域中的应用：•材料科学：用于获取材料的形貌、结构以及表面性质等信息。
•生命科学：用于观察细胞、细胞器、细胞表面的超微结构和蛋白质等生物分子的形态和结构。
•化学：用于观察化学反应过程表面形貌、结构的变化以及材料结构的演化过程等。
•地质学：用于研究各种矿物、岩石和地层等，以了解地质演化过程。
发展历程1950年，发明了透射式电子显微镜，但它只能用于真空环境下的样品。
1956年，Helmut Ruska和Max Knoll发明了扫描电子显微镜。
该技术能够在空气中观察样品，并获得更高的象素分辨率。
1965年， Hitachi公司普及了第一台商用扫描电子显微镜S-800。
自此以后，扫描电子显微镜技术得到了快速的发展。
未来发展趋势随着技术的发展，扫描电子显微镜的应用场景不断扩大。
今后，该技术将越来越多地应用于纳米材料和微细加工领域。
同时，随着计算机技术的发展，扫描电子显微镜将会实现更高的自动化和智能化，成为更加强大的工具。
结论扫描电子显微镜是一款横跨多个领域应用的重要科学工具，其在材料科学、生命科学、化学和地质学等领域均有广泛的应用。
虽然该技术已经发展多年，但随着技术和计算机技术的不断进步，扫描电子显微镜将会越来越强大，为人们探索科学世界提供更加强大的支持。
扫描电子显微镜ppt
根据仪器使用手册，进行校准标准操作，确保仪 器达到最佳工作状态。
调整参数
根据样品的性质和观察目的，调整扫描电子显微 镜的参数，如加速电压、工作距离等。
图像获取
图像调整
根据观察效果，调整扫描电子 显微镜的焦距、亮度、对比度 等参数，获取清晰、高质量的
图像。
图像存储
将获取的图像存储在计算机或硬 盘中，以便后续分析。
03
扫描电子显微镜的操作流程
样品准备
1 2
样品选择
选择具有代表性的、适合观察的样品，确保样 品无污染、无损坏、无过热等。
样品处理
根据样品性质，进行干燥、打磨、染色等处理 ，以优化观察效果。
3
样品装载
将处理好的样品放置在扫描电子显微镜的样品 台上，确保位置准确、稳定。
仪器校准
仪器开机
打开扫描电子显微镜的电源，启动控制系统，预 热仪器。
高速扫描技术
采用更快速的扫描方式，提高成像速度，适用于动态过程或高速 运动的样品。
三维重构技术
利用计算机技术和算法，将多个层面的扫描结果进行整合，获得 样品的三维结构信息。
跨学科应用与合作
与其他技术的结合
将扫描电子显微镜与其他分析仪器（如光谱仪、能谱仪等）结合，实现多维 度的综合分析。
跨领域应用
拓展扫描电子显微镜在生物学、医学、材料科学、地质学等领域的应用，促 进跨学科的合作与交流。
电子与样品的相互作用
当高能电子束打到样品表面时，会与样品原子发生相互作用，产生各种散射 和发射的电子、次级电子、俄歇电子等。
信号收集与图像形成
信号收集
在扫描电子显微镜中，通过特殊的探测器来收集各种散射和发射的电子，如次级 电子、反射电子、透射电子等。
扫描电子显微镜简介
工作原理
扫描电镜工作原理图
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工作方式
扫描电镜中，用来成像的信号主要是 二次电子，其次是背反射电子和吸收 电子，X射线和俄歇电子主要用于成 分分析，其他信号的电子也用一定的 用途。
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工作方式
电子束与固体样品表面作用 时产生的信息
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工作方式
二次电子
二次电子是从表面5－10nm层内发射出来的，能量 小于50eV，它对表面状态形貌非常敏感，能非常 有效地显示试样表面的微观形貌。由于它发自试 样表面层，入射电子还没有被多次散射，因此产 生二次电子的面积与入射电子的照射面积基本相 同，二次电子的空间分辨率较高，JSM5610二次电 子分辨率为3nm。
●显示系统一般是把信号经处理输入电脑在显
示器上显示。
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扫描电镜的结构
闪烁体计数器
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扫描电镜的结构
真空系统
真空系统在电子光学仪器中十分重要,这是 因为电子束只能在真空下产生和操纵。对 于扫描电子显微镜来说,通常要求真空度优 于10-3～10-4Pa。任何真空度的下降都会导 致电子束散射加大,电子枪灯丝寿命缩短, 产生虚假的二次电子效应,严重影响成像的 质量。因此,真空系统的质量是衡量扫描电 子显微镜质量的参考指标之一。
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试样制备
试样应有良好的导电性，或至少试样表面 导电性要好。导电性不好的试样，如高分 子材料、陶瓷、生物样等再入射电子的照 射下，表面容易积累电荷严重影响图像质 量。对不导电的试样，必须进行真空镀膜 ，在试样表面蒸镀一层厚约10nm的金属膜 或碳膜，以避免荷电现象。真空镀膜技术 还可以提高表面二次电子发射率，提高图 像衬度。
背反射电子
扫描电镜sem
扫描电镜（SEM）简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束对样品表面进行扫描的显微镜。
相比传统的光学显微镜，SEM具有更高的分辨率和更大的深度视野，使得它成为材料科学、生命科学和物理科学等领域中常用的研究工具。
SEM通过利用电子多次反射，将样品表面的形貌细节放大数千倍，可以观察到微观结构，比如表面形态、粗糙度、纳米级颗粒等。
SEM通常需要真空环境下操作，因为电子束在大气压下很快会失去能量而无法达到高分辨率。
工作原理SEM的工作原理可以简单地分为以下几步：1.电子发射：SEM中，通过热发射或场发射的方式产生电子束。
这些电子被加速器加速，形成高速的电子流。
电子束的能量通常在10-30 keV之间。
2.样品照射：电子束通过一个聚焦系统照射到样品表面。
电子束与样品原子发生相互作用，从而产生各种现象，比如电子散射、透射和反射。
3.信号检测：样品与电子束发生相互作用后，产生的信号会被探测器捕获。
常见的SEM信号检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
这些探测器可以测量电子信号的强度和性质。
4.信号处理和图像生成：SEM通过对探测到的信号进行处理和放大，生成图像。
这些图像可以显示出样品表面的微观结构和形貌。
应用领域SEM在许多科学领域中都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：材料科学SEM可以用于研究材料的结构和形态。
它可以观察微观缺陷、晶体结构、纳米颗粒等材料细节。
这对于材料工程师来说非常重要，可以帮助他们改进材料的性能和开发新的材料。
生命科学SEM可以用于观察生物样品的微观结构。
比如，它可以观察细胞的形态、细胞器的分布和细胞表面的纹理。
这对于生物学家来说非常重要，可以帮助他们了解生物体的结构和功能。
纳米科学SEM在纳米科学领域中也有广泛的应用。
通过SEM可以对纳米材料进行表面形貌和结构的观察。
它可以显示出纳米结构的细节，帮助科学家研究纳米颗粒的组装、层析和相互作用等现象。
扫描电子显微镜(SEM)简介
完成观察后，关闭扫描电子显微镜主机和计 算机，清理样品台，保持仪器整洁。
注意事项
样品求
确保样品无金属屑、尘埃等杂质，以 免损坏镜体或影响成像质量。
避免过载
避免长时间连续使用仪器，以免造成 仪器过载。
保持清洁
定期清洁扫描电子显微镜的镜头和样 品台，以保持成像清晰。
操作人员要求
操作人员需经过专业培训，了解仪器 原理和操作方法，避免误操作导致仪 器损坏或人员伤害。
操作方式
有些SEM需要手动操作，而有 些型号则具有自动扫描和调整 功能。
适用领域
不同型号的SEM适用于不同的领 域，如材料科学、生物学等，选
择时应考虑实际应用需求。
04
SEM的操作与注意事项
操作步骤
01
02
03
开机与预热
首先打开电源，启动计算 机，并打开扫描电子显微 镜主机。预热约30分钟， 确保仪器稳定。
场发射电子源利用强电场作用下的金属尖端产生电子，具有高亮度、低束流的优点， 但需要保持清洁和稳定的尖端环境。
聚光镜
聚光镜是扫描电子显微镜中的重 要组成部分，它的作用是将电子 束汇聚成细束，并传递到样品表
面。
聚光镜通常由两级组成，第一级 聚光镜将电子束汇聚成较大直径 的束流，第二级聚光镜进一步缩
小束流直径，提高成像质量。
生态研究
环境SEM技术可以应用于生态研究中， 例如观察生物膜、土壤结构等，为环 境保护和治理提供有力支持。
THANKS
感谢观看
样品放置
将样品放置在样品台上， 确保样品稳定且无遮挡物。
调整工作距离
根据样品特性，调整工作 距离（WD）至适当位置， 以确保最佳成像效果。
操作步骤
扫描电子显微镜
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与电子探针的功能和结构基本相同，但SEM一般不带波谱仪。
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相貌将行观察和分析。
现在SEM都与能谱组合，可以进行成分分析。
所以，SEM也是显微结构分析的主要仪器，已经广泛用于材料，冶金，矿物，生物学等领域。
扫描电镜结构原理1．扫描电镜的工作原理及特点2．扫描电镜的工作原理与闭路电视系统相似2.扫描电镜的主要结构主要包括有电子光学系统，扫描系统，信号检测放大系统，图像显示和记录系统，电源和真空系统等透射电镜一般由电子光学系统（照明系统），成像放大系统，电源和真空系统三部分组成扫描电镜扫描电镜图像及衬度1.二次电子象2.背散射电子象二次电子象入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子电离产生的电子，称二次电子。
二次电子能量较低，习惯上把能量小于50ev电子成为二次电子，仅在样品表面5nm-10nm的深度内才能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。
1.二次电子象二次电子象使表面形貌衬度，它是利对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种象衬度。
因为二次电子信号的主要来处样品表层5-10NM的深度范围，它的强度与原子序数没有明确的关系，便对微区表面相对于入射电子束的方向却十分敏感，二次电子象分辨率比较高，所以适用于显示形貌衬度。
凹凸不平的样品表面所产生的二次电子，用二次电子探针器很容易全部被收集，所以二次电子象无阴影效应，二次电子易受电场和磁场的影响背散射电子像背散射电子像使指入射电子与样品相互作用之后，再次逸出样品表面的高能电子，其能量接近与入射电子能量。
背射电子大的产额随样品的原子序数增大而增加，所以背散射电子信号大的的强度与样品的化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原子序数有关。
扫描电子显微镜的原理及应用实验
扫描电子显微镜的原理及应用实验1. 简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束扫描样品表面并获取图像的仪器。
相比传统的光学显微镜，扫描电子显微镜具有更高的分辨率和更大的深度视野，能够观察到更加细微的结构和表面形貌。
2. 原理扫描电子显微镜的工作原理是利用电子束与样品相互作用并产生不同信号的原理。
主要包括以下几个步骤：2.1 电子束产生扫描电子显微镜使用热阴极或场发射阴极产生电子束。
电子束经过聚焦系统的聚焦后，形成一个细小的束斑。
2.2 电子束扫描和探测电子束通过扫描线圈进行水平和垂直方向的扫描。
样品的表面与电子束相互作用，产生多种信号，如二次电子（Secondary Electrons，SE）、反射电子（Backscattered Electrons，BSE）等。
2.3 信号响应与检测不同的信号在显微镜中被收集和检测。
二次电子主要用于获得样品表面拓扑信息，反射电子则用于获取样品的组成成分和晶体结构信息。
2.4 图像重建和显示收集到的信号经过放大、调制、转换等处理后，通过显示器显示出样品的图像。
图像的亮度和对比度可以通过调节各种参数来优化。
3. 应用实验3.1 表面形貌观察利用扫描电子显微镜可以观察到样品表面的形貌特征，例如微观纹理、晶体结构等。
这对于材料科学、地球科学以及生物学等领域的研究具有重要意义。
3.2 粒径测量通过扫描电子显微镜观察样品表面的颗粒，可以进行颗粒的粒径测量。
结合适当的图像处理软件，可以对颗粒的大小、形状等进行分析。
3.3 成分分析通过检测反射电子信号，可以分析样品的成分和元素分布情况。
利用能谱仪，可以进行能谱特征分析，获得样品中元素的种类和含量。
3.4 结构分析扫描电子显微镜可以观察到样品的晶体结构和纹理信息。
结合电子衍射技术，可以进一步分析样品中的晶体结构、晶体取向以及晶界等细节。
3.5 故障分析对于材料科学和工程领域的故障分析，扫描电子显微镜是一种常见且有效的工具。
扫描电子显微镜技术的原理与应用
扫描电子显微镜技术的原理与应用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种广泛使用的高分辨率显微镜。
它可以在微观尺度下观察样品的表面形貌和组织结构，其像素大小可达纳米级别，比光学显微镜要好得多。
在本文中，我们将讨论扫描电子显微镜的原理和应用。
一、扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜的原理是使用电子束照射样品，并收集经过样品散射、反射和透射的电子，最终通过电子束与样品交互所产生的信号来生成影像。
1. 电子束的产生和聚焦扫描电子显微镜使用了与电视图像管类似的电子枪来产生电子束。
一个电子枪由阴极、阳极和聚焦环组成。
通过加热阴极，可以产生电子。
这些电子被聚焦环聚集在一起，形成电子束。
2. 样品的制备和载台在扫描电子显微镜中，样品必须制备成非导体或半导体，并且必须被涂上一层导电性物质。
常规的样品制备方法包括金属涂覆、碳涂覆、抛光、薄切片和冷冻切片。
载台是样品固定的地方，通常是由钨或钛制成的。
样品可以通过细长的悬臂臂支撑在载台上，这样可以将样品从离子束或电子束中保护起来。
3. 电子束与样品的交互电子束照射样品后，会与样品的原子和分子产生相互作用。
这些相互作用包括散射、反射和透射。
在样品表面的电子被电子束激发后，它们将从样品中排出，并输送到探测器上。
探测器可以检测到不同能量的电子和不同角度的电子。
这些电子将用于产生显微镜的影像。
4. 影像生成影像的生成从原始信号开始。
原始信号是由样品反射、透射和散射的电子产生的，以及电子束与样品相互作用所产生的次级电子。
次级电子是由于电子束与样品表面相互作用而产生的电子。
次级电子通常与样品表面形貌相关，因此可以用来产生高分辨率的图像。
扫描电子显微镜的成像具有非常高的空间分辨率，可达到亚纳米级别。
它还可以生成非常清晰的表面拓扑图像和物质中各种粒子的组织结构。
二、扫描电子显微镜的应用扫描电子显微镜已广泛应用于各种领域的研究，如材料科学、生物学、地球化学、环境科学、药学、半导体工业、纳米技术等。
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束扫描样品表面并通过感应信号形成显像的仪器。
其工作原理如下：
1. 电子源发射电子束：SEM中有一个电子枪，用于产生高能电子。
电子枪中通常会使用热阴极，通过加热或电子轰击方式将电子从阴极中释放出来。
2. 高能电子束聚焦：释放出来的电子会受到聚焦系统的控制，将电子束聚焦成一个非常细小的束斑。
聚焦系统通常包括透镜或电磁镜等。
3. 电子束扫描：经过聚焦的电子束被定向扫描到样品表面。
样品通常需要先制备成非导电表面或镀上导电层，以便电子束能够顺利地与样品相互作用。
4. 电子-样品相互作用：电子束与样品表面相互作用会产生多种效应，如散射、反射、透射等。
其中最常用的效应是二次电子发射（secondary electron emission）和后向散射电子（backscattered electron）的产生。
5. 信号收集：通过安装在SEM中的多种探测器，可以收集和测量与电子-样品相互作用相关的信号。
常用的探测器包括：二次电子探测器、后向散射电子探测器、X射线能谱仪等。
6. 信号转换和处理：收集到的信号会经过放大、滤波、数字化
等处理，并转化成图像或谱图。
7. 图像显示：最后，处理好的信号通过计算机和显示器进行图像重建和显示，使得研究人员可以观察到样品表面的微观结构和形貌。
扫描电子显微镜通过以上步骤实现样品表面的高分辨率成像，并能提供有关样品表面化学元素的分布信息。
它在材料科学、生物学、纳米学等领域发挥着重要作用。
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束照射样本表面，通过采集样本散射的次级电子、反射电子、透射电子等生成显微图像的设备。
其原理与传统光学显微镜不同，利用电子束的波粒二象性和电子与物质相互作用的性质来获得高分辨率的图像。
扫描电子显微镜由电子光源、电子光学系统、样本台以及信号检测和图像处理系统等组成。
首先，电子显微镜的电子光源发射出高能电子束，通常通过热丝发射电子的方式。
这些电子束会经过准直和聚焦装置，使其成为一束细且聚焦的电子束。
接下来，样本被放置在扫描电子显微镜的样本台上。
样本表面会与入射电子束相互作用，产生不同的信号。
其中，主要信号包括次级电子（Secondary Electron, SE）、反射电子（Backscattered Electron, BE）以及透射电子（Transmitted Electron, TE）。
次级电子主要由入射电子与样本表面原子的相互作用而产生，其被采集并转化为图像。
反射电子主要是在样本内部物质的相互作用下被散射回来的电子，同样被采集和转化为图像。
透射电子则是透过样本的电子，其传感元件可将其图像化。
这些信号被接收后，经过放大和转换为电子图像信号。
电子图像信号可以通过荧光屏或者光电二极管进行观测和记录。
最后，通过图像处理系统将电子信号转化为高分辨率的图像，该图像具有较高的对比度和分辨率，可以用来观察样本的细微特征。
扫描电子显微镜以其高分辨率和强大的观察能力被广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术以及表面科学等领域。
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束来观察样品表面微观形貌和成分的高分辨率显微镜。
与光学显微镜相比，扫描电子显微镜具有更高的放大倍数和更高的分辨率，可以观察到更小尺度的细微结构。
其原理主要包括电子源、电子透镜系统、样品台、探针和检测器等几个部分。
首先，电子源产生的电子束是扫描电子显微镜的核心。
电子源通常采用热阴极或冷阴极发射电子，产生的电子束经过加速器加速后，形成高速、高能的电子束。
这些电子束的能量通常在几千至几十万电子伏特之间，高能的电子束可以穿透样品表面，形成高分辨率的显微图像。
其次，电子透镜系统是控制和聚焦电子束的关键部分。
电子束经过电子透镜系统的聚焦和控制后，可以形成非常细小的探针，可以在样品表面进行扫描。
电子透镜系统通常包括几个磁场和电场透镜，通过调节透镜的参数可以实现对电子束的聚焦和控制，从而获得高分辨率的显微图像。
样品台是扫描电子显微镜中支撑样品的部分，样品通常需要制备成非常薄的样品片或者表面导电涂层，以便电子束可以穿透或者散射到样品表面。
样品台通常可以实现样品的旋转、倾斜和移动，以便观察样品的不同部位和角度。
探针是电子束在样品表面扫描时的实际作用部分，电子束在样品表面扫描时，会与样品表面发生相互作用，产生不同的信号。
这些信号包括二次电子、反射电子、X射线等，通过探针和样品表面的相互作用，可以获取样品表面的形貌和成分信息。
最后，检测器是扫描电子显微镜中用于接收和检测样品表面信号的部分，不同的检测器可以接收和检测不同类型的信号。
常见的检测器包括二次电子检测器、反射电子检测器和X射线能谱仪等，通过这些检测器可以获取样品表面的形貌和成分信息。
综上所述，扫描电子显微镜的原理主要包括电子源、电子透镜系统、样品台、探针和检测器等几个部分。
通过这些部分的协同作用，可以实现对样品表面微观形貌和成分的高分辨率观察和分析，为材料科学、生物科学和纳米科学等领域的研究提供了重要的工具和手段。
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察样品表面形貌和成分的高分辨率显微镜。
它的原理是利用电子束与样品表面发生相互作用，通过检测不同位置的散射电子、二次电子等来获取样品表面的形貌和成分信息。
SEM具有高分辨率、大深度聚焦范围、能够观察几乎所有材料等优点，因此在材料科学、生物学、医学、地质学等领域有着广泛的应用。
SEM的原理主要包括电子光学系统、样品台、探测器和图像处理系统。
首先是电子光学系统，它由电子源、准直系统和对焦系统组成。
电子源产生的电子束经过准直系统和对焦系统的调节，可以聚焦到极小的直径，从而实现高分辨率的成像。
样品台是样品放置的位置，它可以在X、Y、Z方向上进行微小的移动和调节，使得样品在电子束下可以被全方位地观察。
探测器用于检测样品表面的散射电子、二次电子等信号，不同的探测器可以获取不同的信息。
图像处理系统则对探测器获取的信号进行处理，形成最终的样品图像。
SEM的工作原理是通过电子束与样品表面的相互作用来获取样品表面的形貌和成分信息。
当电子束照射到样品表面时，会与样品原子发生相互作用，产生多种信号。
其中，包括样品表面的散射电子、二次电子、透射电子等。
这些信号被探测器捕获并转换成电信号，再经过放大、处理等步骤，最终形成样品的图像。
通过对这些信号的分析和处理，可以获取样品表面的形貌、结构和成分等信息。
SEM具有高分辨率的特点，其分辨率可以达到亚纳米甚至更高的级别。
这是因为电子具有波长极短的特点，可以克服光学显微镜的衍射极限，从而获得更高的分辨率。
此外，SEM还具有大深度聚焦范围的优点，能够观察不同深度的样品表面形貌。
因此，SEM在材料科学领域的表面形貌观察、纳米材料研究等方面有着重要的应用价值。
总的来说，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高分辨率显微镜。
它的原理是通过电子束与样品表面的相互作用，获取样品表面的形貌和成分信息。
扫描电子显微镜的原理及应用
扫描电子显微镜的原理及应用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种使用电子束而不是光束的显微镜，它通过对被测样品表面进行扫描和检测，以获取高分辨率的图像。
SEM具有优秀的分辨率和放大倍数，被广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术、地质学等领域。
SEM的工作原理如下：1. 产生电子束：通过电子枪产生高能电子束，电子枪包括一个热阴极和一根聚焦的阳极。
电子束可以通过区域限制器（aperture）来控制束流的大小。
2.加速电子束：电子束通过电子镜来加速，这是一个由透镜组成的系统。
电子束在电子镜中得到聚焦，束流变窄，成为高能、高分辨率的束流。
3.扫描样品：样品被放置在SEM的样品台上，电子束通过磁场的作用进行X、Y方向扫描。
扫描电子镜的样品台通常也可以进行上下方向的运动，以获得不同深度的图像。
4.接收和检测：当电子束照射在样品表面上时，样品中发生的相互作用将会发射出各种信号，包括二次电子、透射电子、X射线以及退火融合过程产生的光谱信号等。
SEM通过收集并检测这些信号，并将其转化为电信号。
5.构建显像：电信号被转化为亮度信号，并用于构建图像。
SEM可以生成大量的图像类型，包括二次电子图像（SE图像）、透射电子图像（BSE图像）、X射线能谱图（EDS图像）等。
6.分析和测量：SEM可以提供非常详细的样品表面形貌信息，包括形貌、尺寸、形状、纹理等。
还可以使用EDS技术分析样品的化学元素组成。
SEM的应用范围十分广泛：1.材料科学：SEM可以研究材料的微观结构、相变过程、表面形貌以及晶格结构等。
它可以用于分析金属、陶瓷、纤维、塑料等材料的微观结构，从而改进材料的性能和开发新材料。
2.生命科学：SEM非常适合观察生物样品的微观结构，如昆虫、细胞、细菌等。
它可以研究生物样品的组织结构、表面形貌，以及细胞壁、细胞器等微观结构。
3.纳米技术：SEM可以观察和测量纳米级别的颗粒、膜、纳米线、纳米管等纳米材料。
电子显微镜与扫描电子显微镜
电子显微镜与扫描电子显微镜电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是利用电子束来对样品进行成像的一种显微镜。
它可以突破光学显微镜的分辨率限制，使得观察到的细微结构更加清晰和精细。
而扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）则是一种利用电子束来扫描样品表面并获取高分辨率图像的显微镜。
电子显微镜是通过将电子束通过透镜系统聚焦到极小的焦点，然后穿过样品并被投影到接收器上，从而观察样品内部的结构。
因为电子的波长比可见光短得多，所以电子显微镜的分辨率比光学显微镜高出数千倍，能够观察到更小尺度的细节。
在电子显微镜中，样品需要被切成极薄的薄片以使电子能够穿透，这也是电子显微镜的一个局限性，不能观察到完整的三维结构。
相比之下，扫描电子显微镜则是通过将电子束在样品表面上进行扫描来获取图像。
SEM能够提供高分辨率的表面拓扑图像，可以观察到样品表面的形貌、结构和成分。
SEM的分辨率通常在纳米级别，适用于对表面形貌和微观结构的观察。
与TEM不同的是，SEM不需要对样品进行薄片处理，对样品的准备要求相对简单，因此更为广泛应用。
除了可以观察样品的表面结构，扫描电子显微镜还可以通过不同的探测器来获取样品的化学成分信息。
例如，通过能谱仪（EDS）可以对样品进行化学成分分析，从而了解样品中各种元素的含量及分布。
而透射电子显微镜通常通过选区电子衍射技术（SAED）来对晶体结构进行分析。
总的来说，电子显微镜与扫描电子显微镜都是现代科学研究中不可或缺的工具，它们的高分辨率、高清晰度和高增强率为科学家们提供了研究微观世界的有效手段。
无论是在材料科学、生命科学、纳米技术还是其他领域，电子显微镜和扫描电子显微镜都扮演着重要的角色，推动着科学研究的进步和发展。
扫描电子显微镜
31
扫描电子显微镜
昆虫的扫描电镜照片
32
扫描电子显微镜
三氧化钼晶体
33
扫描电子显微镜
树枝状晶体
34
参考文献
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8
扫描电镜图象原理
二次电子像
背散射电子像
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二次电子
入射电子与样品相互作用后，使样品原子 较外层电子（价带或导带电子）电离产生 的电子，称二次电子。二次电子能量比较 低，习惯上把能量小于50eV电子统称为 二次电子，仅在样品表面5nm－10nm的 深度内才能逸出表面，这是二次电子分辨 率高的重要原因之一。
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形貌衬度原理
图中为根据上述原理 画出的造成二次电子 形貌衬度的示意图 图中样品B面的倾斜 度最小，二次电子的 产额最少，亮度最低； 反ห้องสมุดไป่ตู้，C面的倾斜度 最大，亮度也最大
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背散射电子像
背散射电子 是指入射电子与样品相互作 用 ( 弹性和非弹性散射 ) 之后，再次逸出样 品表面的高能电子，其能量接近于入射电 子能量 ( E。)。背射电子的产额随样品的 原子序数增大而增加，所以背散射电子信 号的强度与样品的化学组成有关，即与组 成样品的各元素平均原子序数有关。
扫描电子显微镜
基本结构
结构示意图
1-镜筒；2-样品室；3-EDS探测器；4-监控器；5-EBSD探测器；6-计算机主机；7-开机/待机/关机按钮；8底座；9-WDS探测器。
基本原理
扫描电子显微镜电子枪发射出的电子束经过聚焦后汇聚成点光源；点光源在加速电压下形成高能电子束；高 能电子束经由两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点，在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后，电子束以光 栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面，同时激发出不同深度的电子信号。此时，电子信号会被样品上方不同信号 接收器的探头接收，通过放大器同步传送到电脑显示屏，形成实时成像记录（图a）。由入射电子轰击样品表面激 发出来的电子信号有：俄歇电子（Au E）、二次电子（SE）、背散射电子（BSE）、X射线（特征X射线、连续X射 线）、阴极荧光（CL）、吸收电子（AE）和透射电子（图b）。每种电子信号的用途因作用深度而异。
2021年，全数字化扫描电子显微镜新品在无锡惠山发布。
类型
扫描电子显微镜类型多样，不同类型的扫描电子显微镜存在性能上的差异。根据电子枪种类可分为三种：场 发射电子枪、钨丝枪和六硼化镧 。其中，场发射扫描电子显微镜根据光源性能可分为冷场发射扫描电子显微镜 和热场发射扫描电子显微镜。冷场发射扫描电子显微镜对真空条件要求高，束流不稳定，发射体使用寿命短，需 要定时对针尖进行清洗，仅局限于单一的图像观察，应用范围有限；而热场发射扫描电子显微镜不仅连续工作时 间长，还能与多种附件搭配实现综合分析。在地质领域中，我们不仅需要对样品进行初步形貌观察，还需要结合 分析仪对样品的其它性质进行分析，所以热场发射扫描电子显微镜的应用更为广泛。
图 a.扫描电子显微镜原理图;b.扫描电子显微镜电子信号示意
图 a.扫描电子显微镜原理图；b.扫描电子显微镜电子信号示意图。
扫描电子显微镜
扫描电子显微镜扫描电子显微镜是一种能够帮助科学家观察微观世界中细小结构的仪器。
它通过利用电子束来替代传统光学显微镜中的光线，从而能够提供更高分辨率和更清晰的图像。
本文将详细介绍扫描电子显微镜的原理、应用、优势以及未来发展方向。
首先，我们来了解一下扫描电子显微镜的工作原理。
相比传统的光学显微镜，电子束在扫描电子显微镜中取代了光线。
电子束由电子枪产生，并通过电子透镜系统聚焦到样本表面上。
在扫描电子显微镜中，样本表面上的电子反射被接收器所捕捉，并转化为图像。
通过扫描样本表面，并记录每个位置接收到的电子反射信号，扫描电子显微镜能够生成高分辨率的表面形貌图像。
扫描电子显微镜具有许多应用领域。
首先，在材料科学领域，扫描电子显微镜被广泛用于研究材料的表面形貌、晶体结构、相互作用等方面。
它能够帮助科学家观察和分析微观结构的形态、尺寸、组成等特征，这对于新材料的开发和应用具有重要意义。
其次，在生命科学领域，扫描电子显微镜也扮演着重要的角色。
科学家利用扫描电子显微镜可以观察生物组织、细胞、细菌等微生物的形态和结构，以及它们之间的相互作用。
这些观察结果可以帮助科学家研究生命体的生长、发育、繁殖等过程，进而探索生命的奥秘。
扫描电子显微镜相比传统光学显微镜有许多优势。
首先，由于扫描电子显微镜使用的是电子束而不是光线，因此能够获得更高的分辨率。
这使得科学家能够观察更小的结构和更细微的细节。
其次，扫描电子显微镜还能够提供准确的深度信息，使得观察者能够了解样本表面的三维结构。
未来，随着科学技术的不断发展，扫描电子显微镜也将迎来新的挑战和机遇。
首先，科学家们希望能够进一步提高扫描电子显微镜的分辨率，以便更好地观察微观结构。
其次，他们还希望能够将扫描电子显微镜与其他分析技术相结合，以实现更多样化的分析和测试。
例如，结合能谱分析仪，可以对样本进行元素分析；结合压电力学仪器，可以对样本进行力学性质测试。
总之，扫描电子显微镜作为一种重要的科学仪器，已经在许多领域发挥了重要作用。
扫描电子显微镜
多模式和多功能：未来 的扫描电子显微镜将具 备多种模式和功能，例 如在观察形貌的同时进 行成分分析、晶体结构 分析等。此外，还将开 发出更多的附属功能， 如样品制备、图像处理 和分析等
扫描电子显微镜的发展趋势
自动化和智能化：随着 自动化和智能化技术的 不断发展，未来的扫描 电子显微镜将更加智能 化，具备自动调整参数 、自动聚焦、自动扫描 等功能。同时，还将引 入人工智能和机器学习 等技术，提高图像处理 和分析的自动化程度
高分辨率和高质量图像 ：随着透射电镜等其他 电子显微技术的发展， 扫描电子显微镜的分辨 率和图像质量也将得到 进一步提高。同时，新 的探测器和信号处理技 术也将被引入，以提高 图像的信噪比和对比度
高速扫描和实时成像： 为了更好地观察动态过 程和实时变化，扫描电 子显微镜的扫描速度将 得到提高，同时配备更 快的电子束扫描系统和 更灵敏的探测器，实现 高速扫描和实时成像
扫描电子显微镜的应用领域
总之，扫描电子显微镜作为 一种高分辨率的电子显微技 术，在各个领域都有着广泛 的应用前景
随着技术的不断发展和进步， 相信它的应用领域将会越来 越广泛
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扫描电子显微镜的发展趋势
扫描电子显微镜的发展趋势
随着科技的不断发展，扫描电子显微镜也在不断发展和改进，未来将会呈现出以下发展趋 势
材料科学：材料科学领域 需要对金属、陶瓷、聚合 物等材料的结构和性能进 行研究。扫描电子显微镜 能够提供高分辨率和高对 比度的图像，帮助研究人 员了解材料的微观结构和 性能之间的关系
扫描电子显微镜的应用前景
总之，扫描电子显微镜作为一种高分辨率的电 子显微技术，在各个领域都有着广泛的应用前
景
随着技术的不断发展和进步，相信它的应用领 域将会越来越广泛，为科学研究和技术创新做
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种用电子束替代光束对样品进行成像的高分辨率显微镜。
SEM具有非常高的分辨率和放大倍数，可以观察到微米到纳米级的细节。
其原理基于电子束与样品之间的相互作用，通过感应和检测来生成图像。
SEM的原理可以分为三个主要步骤：电子束产生和加速，电子束与样品交互，以及图像检测和生成。
首先，电子束产生和加速过程。
SEM使用热阴极发射枪或场发射枪来产生一个稳定且高能的电子束。
热阴极发射枪通过加热钨丝，使其发射电子；场发射枪则利用电场来加速和发射电子。
发射枪后方的聚束系统将电子束聚束成一个窄束。
接下来，电子束与样品交互。
电子束从顶部照射到样品表面，与样品表面的原子和分子发生相互作用。
主要有三种相互作用：散射，逸出和激发。
散射是电子与样品原子发生碰撞后的改变方向，逸出是电子穿透样品表面，进入真空中，激发是样品中的原子和分子受到电子束的能量激发。
最后，图像检测和生成过程。
SEM通过检测电子束与样品交互的结果来生成图像。
其主要包括二次电子检测和后向散射电子检测。
二次电子检测器探测到从样品表面发射的二次电子，而后向散射电子检测器则探测到从样品表面散射回来的电子。
二次电子图像提供了样品表面形貌的图像，而后向散射电子图像提供了更深入的结构和成分信息。
在SEM中，电子束的聚焦和扫描是通过一组聚束和偏转电磁透镜来实现的。
聚束透镜可以将电子束聚焦到非常小的尺寸，从而提高分辨率。
扫描透镜则通过逐个偏转电子束到样品的不同位置，从而形成样品的图像。
此外，SEM还可以通过斑点和线扫描的方式进行图像获取。
斑点扫描即电子束在一点上停留一段时间，然后再移动到下一个点。
线扫描则是电子束在样品上移动成一条线，然后再移动到下一行。
通过这两种扫描方式，可以获得高分辨率和比较快速的图像。
总结起来，扫描电子显微镜利用电子束与样品的相互作用生成图像。
通过电子束产生和加速、电子束与样品交互，以及图像检测和生成等过程，可以获得高分辨率的样品表面形貌以及更深入的结构和成分信息。
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Scanning electron microscope (SEM)
一、SEM简单介绍
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，成象信号可以是 二次电子（主要的成象信号）、背散射电 子或吸收电子。
二、SEM系统构造图
电子光学系统
扫描系统同时调节光阑孔径器(xy方向)， 直至图象不移动为止。 ❖ 再在5000~10000倍条件下重复①的操作。
六、操作步骤
1.发叉式热发射钨阴极电子枪 ❖ 高压及灯丝加热
一般情况下，接通仪器主电源后，真空抽气系统自动完成各 步抽气程序，约20一30min之后，镜体达到工作真空(～105Torr)，此时观察“OK”指示灯自动点亮。接通高压，根据观 察目的及试样特点，可在几kv一30kv之间任选。加热灯丝， 边观察发射电流表指针(或显象管亮度)，边顺时针转动灯丝加 热旋钮，直至稳定地达到某一饱和值后(如120μA)，从0～1２ 0μA再反复调两次。 ❖ 发射电流选择
电子束稳定性及灯丝寿命（合轴） ①转动透镜旋钮，改变透镜电源时，只有显象管上亮度
变化，而图象不移动，则合轴效果良好。 ②在约5000倍放大倍数条件下，在显象管图象上选一细 节进行聚焦时，如合轴效果好，图象应不移动。如图象 出现较大移动，需对物镜光阑进行合轴。
2.物镜光阑合轴 ❖ 在1000倍条件下，反复转动物镜聚焦旋钮，使显象管上
SEM and microtome TEM micrographs of microparticle MCM-41samples without defect
SEM micrographs of TWT MCM-41 materials
Lin et al, Science, 273, 765. (1996)
Account Chem Res., 35(11), 927-935, (2002)
SEM Micrographs of MCM-41 Hollow Sphere
Lin et al, Chem. Mater., 12, 3772 (1998)
Organic mesoporous materials
样品的表面形貌
SPS烧结的氧化锌陶瓷(550℃ 2 min)
80-120 nm
纳米碳管
纳米碳管阵列的发展
以热蒸镀法制备的 Si量子点的TEM影像
在GaSb基板以自组成法 制成的量子点SEM影像 直径大小约50nm
C/SiC纳米复合纤维 材料 具有优异机械强度及 导电特性
骨骼是天然的纳米复合材料 其中30%为胶原纤维 剩下的70%是纳米级的 磷酸钙晶体
三. 在金属材料方面的应用
一维氧化锌纳米结构的形貌与合成
ZnO纳米线 (PVD法)
一维氧化锌纳米结构的形貌与合成
ZnO纳米棒
J.-J. Wu, S.-C. Liu, Catalyst-Free Growth and Characterization of ZnO Nanorods, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 9546-9551.
一维氧化锌纳米结构的湿化学合成
微乳液法合成ZnO纳米棒
直径约为150 nm
L. Guo, Y. L. Ji, H. B. Xu, P. Simon, and Z. Y. Wu, Regularly Shaped, Single-Crystalline ZnO Nanorods with Wurtzite Structure, J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 14864-14865.
八、SEM的应用 1. 在高分子方面的应用
聚丙烯腈（ PAN ）纳米纤维的侧面SEM图
Lin Feng et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41(7), 1221
a
大 自 然c 中 的 现 象
e
b
d 10μm
f 10μm
1mm 10μm 200nm
2. 在催化剂方面的应用
Microphase separation of block copolyemers
❖ Phase separation ❖ Cross-linked lyotropic liquid
crystal (LLC) assemblies ❖ Template synthesis
A. S. Zalusky, et al, J. Am. Chem. Soc. 123, 1519 (2001)
与透射电镜相比，扫描电镜所用发射电流较大，一般为 10~150μA。每次更换灯丝时，可通过改变Ｌ调节发射电流量。 改变阳极与韦氏极间距Ｌ，如减小Ｌ，提高加速电压，可显 著增加发射电流。
3.校正象散与调整聚焦
4.图象拍照
七、SEM用途
几乎可以用在任何试样的表面或断面的研究：
(1)观察小至几十纳米大小的微粒； (2)可观察物质的表面或断面形貌、结晶形态、粒度、表面 粗糙度和凹凸情况等； (3)可观察结晶的表面缺陷、位错和台阶等的方向和种类： (4)弄清结晶的生长轨迹和方向等； (5)一般扫描电镜均配有能谱仪，可以在观察表面形貌的同 时进行选区成分分析；
三、SEM的工作原理
二次电子检测原理图
背散射电子成像原理图
五、SEM的特点
❖ 可观察直径为10~30mm的大试样，试样制作简单。 ❖ 适用于粗糙表面和断口的分析观察；图象有立体感、
真实感、易识别和解释。 ❖ 放大倍数变化范围大（15~200000倍），对多相、
多组成材料便于观察分析。 ❖ 有相当的分辨率，一般3~6nm，最高2nm。 ❖ 可通过电子学方法有效控制和改善图象的质量。 ❖ 可以进行多功能的分析。 ❖ 可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验。