环境扫描电子显微镜及其应用
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。
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。
扫描电子显微镜的原理及应用
扫描电子显微镜的原理及应用0929101班1092910107 张伟杰扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。
当一束高能的人射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征X射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外线区域产生的电磁辐射。
同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动(声子)、电子振荡(等离子体)。
原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。
扫描电子显微镜正是根据上述不同信息产生的机理，采用不同的信息检测器，使选择检测得以实现。
如对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌的信息;对x射线的采集，可得到物质化学成分的信息。
正因如此，根据不同需求，可制造出功能配置不同的扫描电子显微镜。
扫描电子显微镜的原理：SEM的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。
图像为立体形象，反映了标本的表面结构。
为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。
光学显微镜、T EM、SEM成像原理比较扫描电子显微镜的组成：1、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。
有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类，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。
成象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，用于放置样品。
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。
电子显微镜技术发展及其应用前景
电子显微镜技术发展及其应用前景电子显微镜是通过电子束与样品相互作用，利用电磁透镜聚焦产生图像的一种高分辨率图像分析技术。
电子显微镜一般分为两种类型：透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)。
随着电子显微镜技术的不断发展，其应用也越来越广泛，包括材料科学、生物学、纳米技术、化学等领域。
本文将从以下几个方面介绍电子显微镜技术的发展及其应用前景。
一、电子显微镜技术的发展1.早期电子显微镜技术早期的电子显微镜由于仪器质量和电子束强度限制等方面的原因，分辨率很低，所能观察的样品也很有限。
1950年代末期至1960年代初期，科学家们发明了透射电子显微镜和扫描电子显微镜。
TEM可以通过薄片样品获取高分辨率的图像，对微观结构、晶体结构、原子排列等信息进行研究。
但是，其样品制备难度较高，测量过程也比较复杂。
SEM则能够观察到外表面形貌和微结构等信息，而不需要对样品进行切片，具有显微操作简单、成图容易、分辨率适中等优点。
因此，SEM得到广泛的应用。
2.电子光学理论的发展通过电磁透镜使电子聚焦的原理是电子光学理论。
随着电子光学理论的发展，透镜数目增多、透镜质量提高、降低了畸变和散光的程度等新技术的出现，电子显微镜的分辨率得到了不断提高。
近年来，随着高分辨率成像技术的发展，电子显微镜的分辨率已达到亚埃级，可以实现原子级分辨。
而且，高通量电子显微镜的发明使得图像采集速度大大提高，开启了电子显微镜的新篇章。
二、电子显微镜的应用前景1.材料科学电子显微镜在材料科学中具有极其重要的作用。
通过TEM和SEM等技术，可以对材料结构和性质进行观察和分析。
例如，在材料摄影领域，低倍SEM可以对材料表面形貌和结构进行观察，高倍SEM可以对材料纹理和结构进行深入研究。
而TEM可以研究材料的微观结构和晶体结构，探究材料性质的基础。
EDS系统可以对样品的化学组成进行分析，较常见的流行的应用领域有微解剖学、材料科学和地质学等方面。
2.生命科学当然，电子显微镜在生物医学领域的应用也很广泛。
环境扫描电子显微镜的原理与应用研究
环境扫描电子显微镜的原理与应用研究环境扫描电子显微镜是一种应用广泛的高端科技仪器，可以帮助科学家们观察材料的微观结构、成分及表面形态等信息。
在现代科学研究中，它已被广泛应用于材料、物理、化学、生物、医学等众多领域，并成为了当今先进材料技术和纳米科技的重要手段。
一、环境扫描电子显微镜的原理环境扫描电子显微镜是通过沿用扫描电子显微镜的原理，将高能电子束击中了表面形貌转化为表征明亮程度的电信号。
与传统的扫描电子显微镜相比，环境扫描电子显微镜有一个重要的不同之处，即它可以在大气等环境下对样品进行观察，而传统的扫描电子显微镜是需要真空环境下进行的。
在实际运用环境扫描电子显微镜进行观测时，首先需要将样品放置在样品台上，然后的就是将高能电子束照射到样品上，当电子束照射到样品表面时，会产生大量的电子，这些电子会被引导到荧光屏上成像，从而得到具体的图像。
图片成像的亮暗程度取决于样品表面的几何形貌。
当样品表面凸起时，高于周围面区，所以投射在屏幕上的电子数目更多，图片也会更亮。
二、环境扫描电子显微镜的应用环境扫描电子显微镜应用所涉及的领域极其广泛，例如在纳米材料领域中，人们可以通过使用环境扫描电子显微镜来观察分子薄膜、纳米材料和生物分子等结构和形貌进行分析。
而在材料领域方面，通过环境扫描电子显微镜可以观测大尺寸非平面样品的表面形貌、厚度和其他形状的位置信息等，这种技术被广泛应用于表面粗糙度、表面平整度和表面摩擦等方面的研究。
环境扫描电子显微镜还被广泛应用于生物医学领域，可以用于生物标本的超微结构分析、细胞成像和病毒颗粒的研究等。
同时还可以用于生物分子药物的研究、分选和制剂等等。
三、环境扫描电子显微镜的优势环境扫描电子显微镜与传统扫描电子显微镜的主要区别在于它可以在自然环境下直接观察样品。
这一技术上的优势非常显著，首先可以提高效率和得到更准确的结果。
运用环境扫描电子显微镜作为研究手段，可以省去制备前工序，缩短了研究所需时间，减少了实验者的劳动力成本；此外，该技术还可以在不破坏样品的情况下直观观察其形态、微观结构等信息，使得研究成果的可靠性大大提高。
扫描电子显微镜的原理和应用
扫描电子显微镜的原理和应用扫描电子显微镜是一种利用电子束扫描样品表面并对扫描到的电子信号进行成像的高分辨率显微镜。
与光学显微镜不同，扫描电子显微镜利用电子束通过透镜和场控制技术非常高效地聚焦并成像，以获得超高分辨率的成像效果，以及大量的表面和物质信息。
扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜的核心是电子光源，它利用热发射、光电发射或场致发射等方式产生的电子束，经过一系列的焦距透镜、偏转线圈、探针控制和信号采集系统组成。
扫描电子显微镜的成像原理和传统光学显微镜略有不同。
它不是通过透镜去聚焦光线来成像，而是通过利用电子作用在样品表面的电磁场和电子-物质相互作用来实现的。
扫描电子显微镜利用电子束在样品表面扫描出一个小点，由电子-物质相互作用产生的电子信号被收集并转化成电子图像数据，然后利用计算机对数据进行图像处理，形成高分辨率的显微成像，以及其它相关物化信息。
扫描电子显微镜的应用扫描电子显微镜因其超高分辨率和强大的化学和物理分析功能而广泛应用于许多领域。
在材料科学领域，扫描电子显微镜广泛用于各种材料的表面和微结构分析，包括晶体结构、颗粒形貌、纳米结构、原子局部构型等。
其中，扫描透射电子显微镜（STEM）可以提供比常规扫描电子显微镜更高的结构分辨率，可用于对材料和生物样品的超高分辨率成像和分析。
在生物科学领域，扫描电子显微镜广泛应用于生物样品的形态与结构分析，如细胞器、膜结构、细胞外矩阵等。
同时，扫描电子显微镜也被用于对代谢过程和细胞凋亡等重要生物过程的研究。
在微电子制造和半导体工业中，扫描电子显微镜用于分析芯片表面的纳米结构和性能，以及其他半导体材料和器件的研究和开发。
在环境科学领域，扫描电子显微镜可用于分析环境污染物的化学成分和形态，如粉尘、气溶胶、烟尘等，有助于研究它们的来源、形成机制和生物毒性。
结论扫描电子显微镜是一种高分辨率的显微镜技术，具有广泛的应用前景和重要的科学意义。
不仅能够提高我们对材料、生物样品、半导体和环境的理解，而且也在未来的许多领域中发挥着重要的作用。
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。
扫描电子显微镜的操作及应用
选点进行能谱成分分析 41
42
元素摩尔组成(mol%)
矿物组成(mol%)
1 Si 71.11%、Fe 28.89% 2 Si 70.13%、Fe 29.87% 3 C 32.02%、O 47.07%、Al 0.81%、Si 20.10%
Fe0.81Si2 100% Fe0.85Si2 100%
At%
47.13 10.68 12.94 25.06 01.25 00.92 00.54 01.48 ZAF
背散射电子像在材料学中的应用
Hf(铪）
高原子序数的Hf元素明显偏 析到晶界的共晶相中，用能谱 分析可进一步得到证实。
Ni基合金组织背散射电子像
根据明暗程度不同，可看 出材料成分分布不均匀， 结合能谱分析，可确定3 种不同成分的相组成。
4 C 60.69%、O 9.00%、Si 30.31%
5 Si 70.78%、Fe 29.22% 6 C 69.79%、O 26.80%、Si 3.41%
Fe0.83Si2 100%
7 Si 100%
Si 100%
8 Si 70.83%、Fe 29.17%
Fe0.82Si2 100%
9 Si 69.87%、Fe 30.13%
18
（3）多孔材料
多孔SiC陶瓷
（4）其它粉体材料
球形硅微粉
不同煅烧高岭土粉体
安格公司
安格公司
日本
国内
（5）材料断面观察
沿晶断口
杂质元素在境 界偏聚，使晶 界强度降低， 易于沿晶断裂。
30CrMnSi钢沿晶断裂二次电子像。沿晶断裂 属于脆性断裂，断口上无塑性变形痕迹。
典型的功能陶瓷沿晶断口的二次电子像，断裂均 沿晶界发生，有晶粒拔出现象，晶粒表面光滑，还 可以看到明显的晶界相。
环境扫描电镜
环境扫描电子显微镜
环境扫描电子显微镜，是一种扫描式电子光学仪器。
主要用途是在自然状态下观察图像和元素分析，可分析生物、非导电样品（背散射和二次电子像），可分析液体样品，也可观察±20℃内的固液相变过程，分析结果可拍照、视频打印和直接存盘（全数字化）。
主要用途
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）。
特点
一、环境扫描电镜的特点普通扫描电镜的样品室和镜筒内均为高真空（约为10ˆ-6个
大气压），只能检验导电导热或经导电处理的干燥固体样品。
低真空扫描电镜可直接检验非导电导热样品，无需进行处理，但是低真空状态下只能获得背散射电子像。
环境扫描电镜除具有以上两种电镜的所有功能外，还具有以下几个主要特点：1.样品室内的气压可大于水在常温下的饱和蒸汽压2.环境状态下可对二次电子成像3.观察样品的溶解、凝固、结晶等相变动态过程（在-20℃～+20℃范围）
二、环境扫描电镜应用环境扫描电镜可以对各种固体和液体样品进行形态观察和元素
（C-U）定性定量分析，对部分溶液进行相变过程观察。
对于生物样品、含水样品、含油样品，既不需要脱水，也不必进行导电处理，可在自然的状态下直接观察二次电子图像并分析元素成分。
扫描电镜的原理与应用
扫描电镜的原理与应用1. 扫描电镜的原理扫描电镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）是一种高分辨率、高放大倍数的显微镜，它利用电子束对样本进行扫描，通过收集样本产生的散射电子和二次电子来生成图像。
其原理主要包括以下几个步骤：1.电子发射：在扫描电子显微镜中，首先需要产生高能的电子束。
这通常通过热力发射或场致发射来实现。
对于热力发射，根据石鹢-德拜方程，利用电子枪通过加热金属丝或陶瓷发射体，使其发射出的电子能够获得足够的能量进入到显微镜的系统中。
2.电子透镜系统：扫描电子显微镜中的电子束需要通过一系列的电子透镜系统进行聚焦。
这些电子透镜包括磁透镜、电透镜和取向透镜等。
通过精确控制这些电子透镜，可以获得较小的电子束尺寸和良好的分辨率。
3.样本交互：样本位于电子束进入样品室的位置。
当电子束与样品相互作用时，会产生多种相互作用，包括透射、反射、散射等。
通过控制电子束的扫描方式，可以对不同相互作用的电子进行收集和分析。
4.信号检测和图像生成：通过探测电子束与样品相互作用产生的信号，可以获取样品表面上的丰富细节信息。
最常用的信号检测方法包括二次电子检测和散射电子检测。
通过收集这些信号，并进行信号处理和图像生成，可以获得样品的高分辨率图像。
2. 扫描电镜的应用扫描电镜在各个领域中都有广泛的应用，其高分辨率和高放大倍数的特点使其成为了研究和观察微观结构的重要工具。
以下列举了几个扫描电镜应用的领域：2.1 材料科学•纳米材料研究和观察：扫描电镜可以对纳米材料进行表面和内部结构的观察，有助于研究纳米材料的物理性质和化学反应过程。
•材料表面形貌观察：扫描电镜可以观察材料表面的形貌特征，如晶体结构、表面缺陷、孔洞分布等，有助于研究材料的结构与性能。
2.2 生物科学•细胞观察：扫描电镜可以观察细胞的形态和结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞器等，有助于研究细胞的功能和生理过程。
•组织结构研究：扫描电镜可以观察组织的微观结构，有助于研究组织的生物学特性和病理学变化。
扫描电子显微镜在材料分析中的应用
扫描电子显微镜在材料分析中的应用随着科技的迅速发展，扫描电子显微镜已成为现代科技领域不可或缺的一种工具。
扫描电子显微镜具有高分辨率、高放大率、高灵敏度等优越的特性，成为了材料分析领域中必不可少的仪器之一。
一、扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜是一种利用高速电子束扫描物体，利用电子与物样的相互作用所产生的特殊信号进行成像的显微镜。
它通过调节聚焦、加速电压等参数，控制电子束扫描样品表面，激发出由样品反射回来的电子，从而形成一幅图像。
二、扫描电子显微镜在材料分析中的应用1.显微结构分析扫描电子显微镜能够提供高分辨率成像功能，因此常被用来研究材料的微观结构和表面形貌。
例如，扫描电子显微镜可以获取金属材料的晶界、晶粒等结构信息，及其表面形貌的特征，可以帮助我们更清晰地了解材料的内部结构，为研究材料的物理、化学性质奠定基础。
2.元素显微分析扫描电子显微镜不仅可以获取材料的显微结构和表面形貌，还能够实现元素分析。
扫描电子显微镜设置特殊的X射线光谱分析技术，可以用于检测物体表面的化学性质，实现元素定性分析和元素定量分析。
例如，在电子束扫描金属表面时，会激发出不同能量的X射线，根据特征能谱进行光谱分析，可以判断不同元素的存在及含量。
3.表面缺陷检测材料表面缺陷是制造过程中常见的一种问题。
扫描电子显微镜具有高分辨率、高灵敏度的检测能力，可利用电子微观镜的成像及非常便利的样品制备方法，检查材料表面缺陷。
例如，通过扫描电子显微镜检测整块半导体晶圆表面的缺陷，如裂纹、划痕和晶界等，可以帮助生产部门查找产品性能不良的原因，便于进行重加工或者换料。
4.分析特殊材料扫描电子显微镜在分析材料领域的其他特殊材料也起到很大的作用。
例如，碳纳米管是一种常见的特殊材料，这种材料的特殊的颗粒结构非常小，扫描电子显微镜能够清晰地观察到其材料表面形貌和微观结构，帮助研究人员更好地理解碳纳米管的物理、化学性质。
总之，扫描电子显微镜是一种非常重要的材料分析工具，其应用广泛，能够通过高分辨率、高灵敏度的检测能力，帮助我们更深入地了解材料的微观结构和表面形貌、元素情况以及表面缺陷等信息，为我们更好地研究材料的各种性质奠定了基础。
电子显微学中的技术发展与应用
电子显微学中的技术发展与应用电子显微学是现代科学的基石，是人类用来观察和理解微世界的重要工具。
自从电子显微镜（EM）在20世纪初问世以来，它已变得日益成熟和多样化，为我们揭示了许多新的物理和生物现象。
在本文中，我们将讨论电子显微学的技术发展和应用。
1. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是电子显微学中经常使用的一种技术。
它利用电子束在样品表面扫描时散射或反射的电子来获得高清晰度的图像。
相比传统的光学显微镜，SEM可以提供更高的分辨率，并且可以在横向和纵向上同时提供3D图像。
因此，SEM主要应用于材料科学、半导体和电子工程等领域。
2. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜与SEM一样，它也利用电子束来观察样品。
但是，电子束通过样品，然后进入投影面，这使得TEM可以提供更高的分辨率。
因此，TEM常常被用于研究生物学、材料科学和纳米技术等领域，它可以用来揭示材料的晶体结构和缺陷。
3. 环境扫描电子显微镜（ESEM）环境扫描电子显微镜可以在高真空或低真空等不同环境下观察样品。
这种技术为研究生物体和材料在不同环境下的变化提供了便利。
例如，它可以用于观察病毒在不同温度下的形态变化，或者用于研究液体和固体材料在不同湿度下的表面形态变化。
4. 原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种利用原子力探针扫描样品表面并测量样品表面形貌和性质的技术。
在原子力显微镜中，探针的边缘在样品表面不断扫描，同时可以感知沿着探针方向的原子力量变化。
AFM主要用于生命科学、纳米技术和材料科学等领域。
5. 电子背散射衍射（EBSD）电子背散射衍射是一种利用电子来探测晶体结构和材料组成的技术。
在EBSD中，电子在材料中的散射和干涉被精确地测量和分析。
通过这种技术，我们可以确定材料的晶格结构，了解材料的缺陷和形变等信息。
因此，EBSD应用于材料科学、地质学、物理学等领域。
总结：电子显微学是20世纪以来最重要的技术之一，它让我们看到了微观世界的细节和神奇之处。
sem扫描电镜的成像原理及应用
SEM扫描电镜的成像原理及应用1. 介绍扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种使用电子束来对样品表面进行成像的仪器，它具有高分辨率和大深度的能力，被广泛应用于材料科学、生物学、医学等领域。
2. 原理SEM成像的基本原理是利用扫描电子束与样品表面相互作用产生的信号进行成像。
SEM中的主要部件有电子枪、扫描线圈、样品台、检测器等。
•电子枪：电子枪负责产生高能电子束。
它由阴极、阳极和控制网格组成，通过施加高电压在阴极表面产生热电子，经过加速和聚束形成电子束。
•扫描线圈：扫描线圈控制电子束的位置和方向，使其在样品上进行扫描。
扫描线圈通过改变电子束的扫描速度和扫描范围，可以实现不同放大倍数的成像。
•样品台：样品台用于支撑样品并进行精确定位。
样品表面通常需要进行导电处理，以利于电子束和样品的相互作用。
•检测器：SEM中常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器。
二次电子检测器检测电子束与样品表面相互作用后产生的次生电子信号，反射电子检测器则检测电子束与样品表面相互作用后产生的反射电子信号。
这些信号经过放大和处理后，可以形成最终的图像。
3. 应用3.1 材料科学SEM在材料科学中的应用非常广泛。
它可以观察材料的微观形貌、表面缺陷、晶体结构等。
•纳米材料：SEM可以对纳米材料的形貌和尺寸进行精确的观察和测量，帮助研究人员了解纳米材料的结构和性能。
•材料表面处理：SEM可以分析材料表面的形貌和粗糙度，帮助研究人员评估材料的表面质量和加工效果。
•复合材料：SEM可以观察复合材料的相态结构、界面结构和分布情况，帮助研究人员优化复合材料的结构和性能。
3.2 生物学SEM在生物学中的应用主要集中在生物样品的形貌和结构观察。
•细胞观察：SEM可以对生物细胞的形态和结构进行高分辨率的观察，帮助研究人员了解细胞的组织结构和功能。
•生物材料：SEM可以观察生物材料的形貌和结构，比如昆虫的触角、植物的表皮等，帮助研究人员了解生物材料的特性和功能。
电子显微镜技术及其应用
电子显微镜技术及其应用电子显微镜是一种应用电子学原理制成的高分辨率显微镜，它在物理学、化学、生物学、材料科学等领域都有重要的应用。
电子显微镜的原理是利用电子束的性质来观察样品的微观结构。
相比传统的光学显微镜，电子显微镜可以观察到更小的细节，从而提供更准确的数据和更深入的理解。
电子显微镜主要有两种类型：透射电子显微镜和扫描电子显微镜。
透射电子显微镜可以观察物质的内部结构，在生物学、材料科学等领域都有广泛的应用。
扫描电子显微镜则是通过扫描样品表面来获得图像，它在材料科学、地质学、生物学等领域中也有广泛的应用。
电子显微镜技术在生物医学领域中具有非常广泛的应用。
通过透射电子显微镜观察细胞和细胞器的结构，可以揭示细胞和生物分子之间的相互作用，帮助科学家深入理解生物学中的各种现象和过程。
扫描电子显微镜也可以应用于生物医学研究中，它可以观察细胞表面的结构，帮助科学家研究细胞的形态、组织结构和功能。
在材料科学领域中，电子显微镜技术也有重要的应用。
透射电子显微镜可以观察材料的晶体结构、相变等微观属性，扫描电子显微镜则可用于观察材料表面和界面的微观结构，从而帮助科学家深入理解材料的性能和研制新材料。
电子显微镜技术也可用于观察纳米颗粒、碳纳米管等纳米材料的结构和性质，这对制造纳米器件和纳米材料有着重要的意义。
电子显微镜技术还在环境保护、能源开发等领域中得到了广泛的应用。
例如，可以利用透射电子显微镜观察污染物的微观结构，从而制定更有效的环境保护措施；也可以利用电子显微镜技术观察材料的微观结构，从而研究新型太阳能电池、储能设备等，实现能源的可持续发展。
总的来说，电子显微镜技术是一种高精密、高分辨率的科学工具，可以帮助科学家深入探究物质的微观结构和性质，从而提高科学研究的精度和深度，同时也带给我们更多的科技进步和发展。
环境扫描电子显微镜介绍
环境扫描电子显微镜介绍环境扫描电子显微镜（Environmental Scanning Electron Microscope，ESEM）是一种特殊的电子显微镜，可以在相对较高的湿度和气压下对样品进行观察，不需要对样品进行处理或者涂覆导电薄膜。
ESEM在大气或者真空环境中，通过扫描电子和信号接收器检测样品的电子散射、透射和反射，从而获取高分辨率的图像。
相较于传统的扫描电子显微镜（SEM），ESEM的一个突出特点是它可以在湿度高达100%的条件下进行观察，并且可以在较低的真空度下操作，甚至可以在大气中观测。
这使得ESEM在生物学研究和材料科学领域具有独特的优势。
ESEM的工作原理是通过在扫描电子枪周围保持相对较高的气压，湿润的样品表面上的水分子被激发产生电子，然后和扫描电子束进行相互作用，形成电子散射。
通过控制样品、相机和检测器之间的电子流，可以捕捉到确定位置上散射电子的图像。
这些图像可以被用来观察样品的表面形貌、成分组成以及局部电子密度等信息。
在生物学研究中，ESEM可以在接近自然状态下观察生物样品，如细胞、细胞外基质以及生物材料。
由于不需要对样本进行复杂的处理，ESEM可以观察到细胞的生理状态、细胞间相互作用以及细胞和外部环境的关系。
这对于生物学家来说是非常重要的，因为真实环境下的细胞行为往往与人工培养环境中的行为有很大的不同。
在材料科学领域，ESEM可以对材料的表面形貌和微观结构进行观察和分析。
例如，ESEM可以用于研究材料表面的粗糙度、孔洞结构以及涂层的均匀性。
此外，ESEM还可以用于研究材料的疲劳行为和腐蚀过程等。
为了实现在高湿度环境下的观察，ESEM通常配备了样品室和湿气控制系统。
样品室通常具有水密封，可以承受高压并保持相对较高的湿度。
湿气控制系统可以控制样品室中的湿度和气压，以满足具体实验要求。
总结来说，环境扫描电子显微镜（ESEM）是一种可以在相对较高的湿度和气压下观察样品的电子显微镜。
环境扫描电子显微镜介绍
每周清洁镜头和光学系统，确保无尘埃和污渍积累。
每月清理散热系统，确保散热效果良好。
03
预防性维护保养计划制定
01
定期检查和校准
02 每季度检查电源供应和控制系统，确保稳定运行。
03 每年校准传感器和驱动机构，确保精确度和可靠 性。
预防性维护保养计划制定
01 操作和维护培训
02
对操作人员进行定期培训，提高操作技能和故障识别
04
样品制备与实验操作技巧
样品选择与处理方法
80%
选择具有代表性的样品
确保所选样品能够真实反映研究 对象的特征和性质。
100%
样品预处理
根据需要进行清洗、干燥、切割 、研磨等处理，以获得良好的观 察效果。
80%
特殊样品处理
对于导电性差或易氧化的样品， 可采用喷金、镀银等处理方法， 以提高观察效果。
A/D转换器
将模拟电信号转换为数 字信号，以便于计算机
处理。
计算机
用于控制电子显微镜的 运行、接收并处理数字
信号、生成图像等。
显示器
显示生成的图像，供用 户观察和分析。
数据存储设备
用于存储图像数据和实 验结果，以便于后续分
析和共享。
03
性能指标及评价标准
分辨率与放大倍数
分辨率
环境扫描电子显微镜的分辨率通 常可达到纳米级别，能够清晰地 观察到样品的微观结构。
未来发展趋势预测
技术创新
随着科技的不断发展，未来环境扫描电子显微镜有望实现更高的分辨 率、更稳定的性能和更多的分析功能。
应用拓展
随着环境扫描电子显微镜技术的不断成熟，其应用领域也将不断拓展， 如生物医学、材料科学、环境科学等领域的应用将更加广泛。
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环境电子扫描显微镜及其应用谭明洋（山东科技大学化学与环境工程学院，山东青岛266590）摘要：随着科学技术的发展，微区信息已成为现代物质信息研究的重要组成部分，透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、电子探针等技术已广泛应用于材料学、生物学、医学、冶金学、矿物学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。
但普通电子显微镜的高真空的要求限制了其适用范围，环境扫描电子显微镜（ESEM）应运而生，把人们引入了一个全新的形态学观察的领域。
关键词：环境扫描电子显微镜（ESEM），微区分析Environmental Scanning Electron Microscope and ItsApplicationTAN Mingyang(College of Chemistry and Environmental Engineering ,Shandong University of Science and Technology ,Qingdao ,Shandong 266590)Abstract: With the development of science and technology, micro-zone information has become an important part of modern material and information studies, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), electron probe technology has been widely used in the field of Materials science, Biology, Medicine, Metallurgy, mineralogy etc, and promote the development of the respective disciplines. But the high-vacuum requirements of ordinary electron microscopy limits its application scopes. Environmental scanning electron microscope (ESEM) came into being and have lead us into a new morphological observation areas.Keywords: Environmental scanning electron microscope (ESEM) ,Microanalysis环境扫描电镜(environmental scanning electron microscope, ESEM)是近年发展起来的新型扫描电镜。
它克服了普通扫描电镜对试样必须干燥、洁净、导电的要求，可以在高真空度（HV）下作为普通扫描电镜使用，也可以在低真空度（LV）和模拟试样环境下对试样进行微区分析。
1环境扫描电镜的工作原理环境扫描电镜(environmental scanning electron microscopy , ESEM)采用多级真空系统、气体二次电子信号探测器等独特设计。
观察不导电样品不需要镀导电膜.可以在控制温度、压力、相对湿度和低真空度的条件下进行观察分析含水的、含油的、已污染的、不导电的样品，减少了样品的干燥损伤和真空损伤。
环境扫描电镜有三种工作方式：A）高真空方式(常规方式)；B）低真空方式: 0.1 ~ 1 Torr；C）环境方式: 0.1~20 Torr 。
在高真空的常规扫描电镜中，用标准的Everhart Thornley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。
在低真空及环扫模式下，由电子枪发射的高能入射电子束穿过压差光阑进入样品室，射向被测定的样品，从样品表面激发出信号电子:二次电子一SE和背散射电子一BSE。
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，非导体表面积累的负电荷会与电离出来的正电荷中和而消除荷电。
图1 环境扫描电镜中气体放大原理示意图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（如图1）。
LFD(低真空度模式下使用的探测器)和GSED（环扫模式下使用的探测器）探头接收这些信号并将其直接传到电子放大器放大成电信号去调制显象管或其它成像系统。
ESEM通过不断地向样品室补充气体来维持样品室的低真空，同时也为气体二次电子探测器GSED提供工作气体，水蒸气是最常用的工作气体。
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。
2环境扫描电镜的结构图2 普通扫描电镜结构2.1 环境扫描电镜的结构如图2、3所示，在普通扫描电镜的基础上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，样品周围为环境状态，样品室、光路和电子枪室的真空度P0, P1和P2分别相差一至两个数量级，允许样品室内有气体流动，最高达50Torr，一般1Torr-20Torr，样品室的温度、气压和相对湿度可以调节，样品室和镜筒之间存在一个缓冲过渡状态。
附加一个环境预处理室，把样品进行完全或部分处理后，通过门阀再转置到显微镜的观察室中。
在观察过程中，还可以通过特殊的操作器系统，对样品进一步处理，并配有一个气氛检测装置，对环境气氛的压力大小进行测量和控制使用时，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。
图3 环境信号探测系统2.2 扫描电子显微镜两个特殊功能：2.2.1 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1 500℃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1 500℃，升温速度快。
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。
2.2.2 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。
可从材料表而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2 000 N, 3点弯曲最大压力为660 N。
动态拉伸装置可配合多种扫描电镜工作。
3环境扫描电镜的应用3.1 在矿物学的领域的应用不同矿物在扫描电镜中会呈现出其特征的形貌，这是在扫描电镜中鉴定矿物的重要依据。
如高岭石在扫描电镜中常呈假六方片状、假六方板状、假六方似板状;埃洛石常呈管状、长管状、圆球状;蒙脱石为卷曲的薄片状;绿泥石单晶呈六角板状，集合体呈叶片状堆积或定向排列等。
王宗霞等在扫描电镜下观察了硅藻上的形貌，硅藻土多呈圆盘状、板状，根据这一特征即可将它鉴定出来[1]。
3.2 在岩矿学中的应用岩石经过多次强烈的区域变质作用后，其原岩的结构、构造均已改变，常常很难恢复其原岩的状况，扫描电镜可对矿物的结构和成分进行分析，为推断矿物的成岩环境和搬运演化历史提供基础资料。
张希麟等运用扫描电镜及光谱仪观察分析了云南天然彩色大理石断口的显微形态和成分，研究表明大理石中的花纹记录了地质形成和变质过程中微区范围内物理及化学的变化，并发现大理石的颜色变化主要与Fe有关。
3.3 在矿物加工中的应用扫描电镜在矿物加工中的主要应用是分析矿物表面形态、产状、微观性质，配合X射线能谱仪（EDS）对矿物成分进行定性和定量分析研究矿物表面性质及成分对选矿效果的影响，提供元素赋存状态、成矿信息等。
朱红等应用扫描电镜及X射线衍射分析了黄铁矿的表面氧化产物，研究了黄铁矿表面氧化机理及黄铁矿表面状态对煤浮选脱硫的影响[7]。
3.4 在材料学上的应用扫描电镜的另一个重要特点是景深大，图象富立体感，故所得扫描电子象富有立体感，具有三维形态，能够提供比其他显微镜多得多的信息，这个特点对使用者很有价值，在材料学上主要用于纳米材料分析、材料断面分析。
扫描电镜所显示的断口形貌从深层次，高景深的角度呈现材料断裂的本质，在教学、科研和生产中，有不可替代的作用，在材料断裂原因的分析、事故原因的分析以及工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段。
而环境扫描电镜的动态观察功能扩大了应用范围。
德国F·ting等人(1994)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。
3.5 生物学上的应用环境方式下最适宜观察的生物样品应是那些表面有角质层覆盖的样品和含水量很低的样品，比如植物的叶片、动物中的昆虫、作物的籽粒等，这类样品易于保持新鲜度;环境方式下对样品的观察和图像的记录等操作应尽快完成，这样可减少样品内水分蒸发而使样品变形降至最低。
符波，廖潇逸等人利用环境扫描电镜分析颗粒污泥和悬浮填料一生物膜的微生物群落形态，并与扫描电镜观察结果进行比较，确定了对废水生物样品结构观察的最佳温度、压力和湿度[4]。