扫描电镜的基本结构和工作原理
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。
扫描电镜的结构原理及其操作使用课件
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材料内部结构分析
通过扫描电镜观察材料内部不同层次的结构，可以研究材 料的晶体结构、相组成、微织构等，对于材料的性能研究 和优化具有重要意义。
材料元素分布分析
扫描电镜配备的能谱分析仪可以测定材料中元素的种类和 分布情况，对于研究材料的化学成分和元素迁移行为具有 重要作用。
生物医学研究应用案例
01
细胞结构与功能研究
半导体器件结构与性能分 析
扫描电镜可以观察半导体器件的结构和性能 ，如芯片的微观电路结构、缺陷分析等，对 于半导体行业的产品研发和质量监控具有重 要意义。
半导体材料表面形貌与成 分分析
扫描电镜可以观察半导体材料表面的微观形 貌和成分，如硅片、锗片的表面粗糙度和化 学组成，对于半导体材料的研究和质量控制
特点
高分辨率、高景深、高灵敏度、多功能性等。
历史与发展
历史
SEM最早出现于1940年代，但真 正的发展和应用是在1950年代以 后。
发展
经历了多个阶段，从最初的简单 扫描电镜，到现在的场发射扫描 电镜、能量色散X射线谱仪等高级 配置。
应用领域
01
02
03
04
材料科学
用于研究材料的微观结构和性 能，如金属、陶瓷、高分子等
图像扭曲
可能是由于扫描电镜的电子束不稳定或样品表面不平整所 致。解决办法是调整扫描电镜的电子束稳定性或对样品表 面进行预处理。
样品烧蚀
可能是由于样品表面有金属杂质或样品放置不当所致。解 决办法是更换样品或调整扫描电镜的加速电压和电流。
05
扫描电镜应用案例展示
材料科学研究应用案例
材料表面形貌分析
扫描电镜可以用于研究材料表面的微观形貌，如表面粗糙 度、颗粒大小等，对于材料科学的基础研究和应用研究有 重要作用。
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。
扫描电镜工作原理科普
扫描电镜工作原理科普扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察材料表面形貌和获得微观结构图像的仪器。
与传统的光学显微镜相比，扫描电镜能够提供更高的分辨率和更大的放大倍数，因此在材料科学、生物学、纳米技术等领域被广泛应用。
下面将从工作原理、构成和应用角度对扫描电镜进行科普。
一、工作原理：扫描电镜的工作原理主要是利用电子的特性来实现高分辨率成像。
其基本原理可以概括为以下几个步骤：1.电子束的产生：扫描电镜中使用的是电子束而非光线，电子束通过热发射、场致发射等方式产生。
2.电子束的聚焦：电子束通过聚焦系统进行聚焦，使其能够更准确地照射到样品表面。
3.电子束的扫描：电子束通过扫描系统进行规律的扫描，以便覆盖样品表面的各个区域。
4.电子束与样品的相互作用：电子束照射到样品表面时，会与样品中的电子、原子发生相互作用，产生散射、透射、反射等现象。
5.信号的采集：根据与样品相互作用产生的信号，通过相应的探测器进行采集。
6.图像的生成：通过采集到的信号，经过信号处理和图像重构，最终生成样品的形貌图像。
二、构成：扫描电镜由以下几部分组成：1.电子枪：用于产生电子束的装置，通常采用热阴极或场致发射阴极。
2.聚焦系统：用于将电子束进行准确的聚焦，以便更好地照射到样品表面。
3.扫描系统：用于对样品表面进行规律的扫描，以便获取样品的整体形貌图像。
4.样品台：用于固定和导热样品，通常具有多种移动方式，以适应不同样品的观察需要。
5.检测器：用于采集样品与电子束相互作用所产生的信号，常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器等。
6.显示和控制系统：用于显示图像、实时调节仪器参数以及采集和处理数据等。
三、应用：扫描电镜在科学研究、工业材料分析和教学实验等领域具有广泛的应用。
其主要应用如下：1.材料科学：扫描电镜可以用于研究材料的表面形貌、结构和成分，对于纳米材料、金属和非金属材料等的表面缺陷、晶体结构以及纳米结构等进行观察和分析。
扫描电镜的基本结构和工作原理教材
扫描电镜的基本结构和工作原理教材扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察物质表面形貌和成分的高分辨率显微镜。
相比传统光学显微镜，扫描电镜具有更高的放大倍率和更好的分辨率，能够观察到更细微的细节。
一、基本结构扫描电镜主要由电子枪、电子透镜系统、样品台、探测器和显示器等组成。
1. 电子枪：电子枪是扫描电镜的核心部件之一，负责产生高能电子束。
电子枪由热阴极和阳极组成，热阴极通过加热产生热电子，经过加速电场加速后形成电子束。
2. 电子透镜系统：电子透镜系统由多个透镜组成，用于控制电子束的聚焦和聚束。
电子束经过电子透镜系统后，能够形成较小的束斑并具有较高的聚焦度，从而提高分辨率。
3. 样品台：样品台是放置待观察样品的平台，通常由金属材料制成。
样品台上的样品通过调整样品台的位置和角度，可以在电子束下进行观察。
4. 探测器：探测器是用来接收经过样品表面反射或散射的电子信号，并将其转化为图像信号。
常见的探测器有二次电子探测器和反射电子探测器等。
5. 显示器：显示器用于显示扫描电镜观察到的图像，将电子信号转化为可见的图像。
二、工作原理扫描电镜的工作原理基于电子和物质的相互作用。
当高能电子束照射到样品表面时，会与样品中的原子和电子发生相互作用，产生各种信号。
1. 二次电子信号：当电子束照射到样品表面时，会激发样品表面的原子和电子，使其发射出较低能量的二次电子。
二次电子信号的强度与样品表面形貌和成分有关，通过探测器接收并放大二次电子信号，可以得到样品表面形貌的图像。
2. 反射电子信号：部分电子束会被样品表面反射回来，形成反射电子信号。
反射电子信号的强度与样品表面的原子排列和晶体结构有关，通过探测器接收反射电子信号，可以得到样品的晶体结构信息。
3. 辐射光谱：当电子束与样品表面相互作用时，还会产生X射线、荧光和透射电子等辐射。
通过分析这些辐射信号，可以获取样品的元素成分和化学状态等信息。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，能够通过扫描样品表面并利用电子束与样品相互作用来观察和分析样品的表面形貌和成分。
它在材料科学、生物学、纳米技术等领域有着广泛的应用。
一、扫描电镜的基本构成扫描电镜主要由电子光学系统、样品台、探测系统和显像系统组成。
1. 电子光学系统：电子光学系统包括电子源、电子束调制系统和扫描线圈。
电子源通常采用热阴极或场发射阴极，产生高能电子。
电子束调制系统用于控制和调节电子束的形状和大小。
扫描线圈通过改变电子束在样品表面的位置，实现对样品进行扫描。
2. 样品台：样品台是承载样品的平台，通常具有XY移动功能，可以调整样品的位置。
样品台还可以加热、冷却或施加电场等特殊处理。
3. 探测系统：探测系统用于收集与样品相互作用后产生的信号。
常用的探测器有二次电子探测器和反射电子探测器。
二次电子探测器用于观察样品表面形貌，反射电子探测器用于分析样品的成分。
4. 显像系统：显像系统将探测到的信号转化为图像，并通过显示器进行显示。
显像系统还可以进行图像增强和处理，以获得更清晰的图像。
二、扫描电镜的工作原理扫描电镜的工作原理可以分为电子源产生电子束、电子束与样品相互作用、探测信号收集和图像显示四个步骤。
1. 电子源产生电子束：扫描电镜中的电子源通常采用热阴极或场发射阴极。
电子源产生的电子束经过电子束调制系统的调节，形成高能、聚焦的电子束。
2. 电子束与样品相互作用：电子束照射到样品表面后，与样品表面的原子和分子发生相互作用。
这种相互作用包括电子与样品表面原子的散射、电子与样品表面原子的激发和电子与样品表面原子的透射等。
3. 探测信号收集：样品与电子束相互作用后，会产生多种信号，如二次电子、反射电子、散射电子等。
这些信号被探测器收集，并转化为电信号。
4. 图像显示：探测到的信号经过放大、增强和处理后，通过显像系统转化为图像，并通过显示器进行显示。
扫描电镜的基本结构和工作原理讲解
扫描电镜的基本结构和工作原理讲解扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，用于观察和研究微观世界中的样品。
它通过利用电子束与样品的相互作用，获取样品表面的形貌和成分信息。
本文将详细介绍扫描电镜的基本结构和工作原理。
一、基本结构扫描电镜主要由以下几个部分组成：1. 电子枪（Electron Gun）：电子枪是扫描电镜的核心部件之一，它产生高能电子束。
电子束的形成是通过热发射或场发射的方式，通过加热或加电场使金属阴极发射电子。
2. 准直系统（Condenser System）：准直系统用于聚焦和准直电子束。
它由准直透镜和聚焦透镜组成，能够将电子束聚焦成细小的束斑并准直。
3. 样品台（Sample Stage）：样品台是放置待观察样品的平台。
它通常具有微动装置，可以在水平和垂直方向上移动样品，以便于观察不同区域。
4. 扫描线圈（Scan Coils）：扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描。
通过调节扫描线圈的电流，可以控制电子束的位置和扫描速度。
5. 检测器（Detector）：检测器用于接收样品表面反射、散射或发射的信号。
常用的检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
6. 显示器和计算机系统：显示器用于显示扫描电镜获取的图像，计算机系统用于图像的处理和分析。
二、工作原理扫描电镜的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 电子束的产生：电子束由电子枪产生，通过加热或加电场的方式使金属阴极发射电子。
电子枪通常采用热阴极或场发射阴极。
2. 电子束的准直和聚焦：电子束经过准直系统的聚焦透镜和准直透镜，被聚焦成细小的束斑并准直。
3. 电子束与样品的相互作用：准直后的电子束通过扫描线圈控制在样品表面的扫描。
当电子束与样品相互作用时，会发生多种相互作用，包括二次电子发射、反射电子、散射电子等。
4. 信号的检测：样品表面反射、散射或发射的信号被检测器接收。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束与样品相互作用来获取样品表面形貌和成分信息。
它在材料科学、生物科学、纳米科学等领域具有广泛的应用。
一、扫描电镜的基本原理扫描电镜主要由电子光学系统、扫描系统和检测系统三部分组成。
1. 电子光学系统电子光学系统是扫描电镜的核心部分，它由电子枪、准直系统和透镜系统组成。
电子枪产生高能电子束，准直系统用于将电子束聚焦成细束，透镜系统用于将聚焦的电子束聚焦到样品表面。
2. 扫描系统扫描系统由扫描线圈和样品台组成。
扫描线圈通过控制电子束的扫描轨迹，使其在样品表面上进行扫描。
样品台用于支撑和定位样品。
3. 检测系统检测系统用于探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图像。
常用的检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
二、扫描电镜的工作过程扫描电镜的工作过程可以分为样品制备、样品加载、参数设置、扫描和图像获取等步骤。
1. 样品制备样品制备是扫描电镜观察的前提，样品需要具备一定的导电性和稳定性。
常用的样品制备方法包括金属镀膜、碳膜覆盖、冷冻断裂、离子切割等。
2. 样品加载样品加载是将待观察的样品放置在样品台上，并通过样品夹具或者导电胶固定。
加载过程需要注意避免样品表面的污染和损伤。
3. 参数设置在进行观察之前，需要设置扫描电镜的工作参数，包括加速电压、放大倍数、扫描速度等。
这些参数的选择会影响到观察的分辨率和深度。
4. 扫描和图像获取设置好参数后，开始进行扫描和图像获取。
电子束在样品表面进行扫描，扫描线圈控制电子束的移动轨迹。
同时，检测器会探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图像。
三、扫描电镜的应用领域扫描电镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有着广泛的应用。
1. 材料科学扫描电镜可以用于材料表面形貌的观察和分析，例如金属的晶体结构、陶瓷的微观结构等。
同时，扫描电镜还可以用于材料成分的分析，通过能谱仪可以获取样品的元素组成信息。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，通过利用电子束与样品的相互作用来获取样品表面的形貌和成分信息。
其工作原理基于电子光学和电子物理的原理。
一、电子光学系统扫描电镜的电子光学系统由电子源、透镜系统和检测系统组成。
1. 电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极产生热电子。
热电子经过加速电压加速形成高速电子束。
2. 透镜系统透镜系统由几个磁透镜组成，包括聚焦透镜和扫描透镜。
聚焦透镜用于将电子束聚焦到极小的尺寸，提高分辨率。
扫描透镜用于控制电子束在样品表面的扫描。
3. 检测系统检测系统用于测量电子束与样品相互作用后的信号。
常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器。
二次电子检测器用于观察样品表面形貌，反射电子检测器用于获得样品的成分信息。
二、扫描控制系统扫描控制系统由扫描线圈和扫描发生器组成。
扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描范围和速度。
扫描发生器则产生扫描信号，控制电子束的扫描。
三、样品准备在进行扫描电镜观察之前，样品需要进行一系列的准备工作。
首先，样品需要被固定在样品架上，以保持稳定。
然后，样品需要被表面处理，如金属镀膜或碳镀膜，以提高导电性。
最后，样品需要被放置在真空环境中，以避免电子束与空气分子的相互作用。
四、工作过程1. 准备好样品并放置在样品架上。
2. 打开扫描电镜，并进行必要的预热和真空泵抽气。
3. 调整电子光学系统，使得电子束聚焦到最佳状态。
4. 设置扫描控制系统，确定扫描范围和速度。
5. 开始扫描，观察样品表面形貌和成分信息。
6. 根据需要，可以调整扫描参数和检测器，以获得更详细的信息。
7. 观察结束后，关闭扫描电镜并进行必要的清洁和维护。
五、应用领域扫描电镜在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中，它可以用于观察材料的晶体结构、表面缺陷和纳米结构。
在生物学中，它可以用于观察细胞和组织的形态和结构。
扫描电镜的基本结构和工作原理
扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它通过扫描样品表面并利用电子束与样品相互作用来获取样品的表面形貌和成份信息。
下面将详细介绍扫描电镜的基本结构和工作原理。
一、基本结构1. 电子枪：扫描电镜的电子枪是电子束的发射源，它由热阴极和加速电极组成。
热阴极通过加热发射电子，加速电极则用于控制电子束的能量和聚焦。
2. 准直系统：准直系统包括准直磁铁和透镜，主要用于聚焦电子束并使其垂直于样品表面。
3. 扫描线圈：扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描范围，通过改变扫描线圈的电流，可以实现对样品不同区域的扫描。
4. 检测系统：检测系统主要包括二次电子检测器和后向散射电子检测器。
二次电子检测器用于检测样品表面的二次电子发射信号，后向散射电子检测器则用于检测样品表面的后向散射电子。
5. 显示和记录系统：显示和记录系统用于将检测到的信号转化为图象，并显示在显示器上或者记录在存储介质上。
二、工作原理扫描电镜的工作原理主要分为以下几个步骤：1. 电子束的发射：扫描电镜中的电子束是通过热阴极发射的。
热阴极受到加热，产生高能电子。
2. 电子束的聚焦：经过准直系统的调节，电子束被聚焦为一个细小的束流，并且垂直于样品表面。
3. 电子束的扫描：扫描线圈控制电子束在样品表面的扫描范围。
电子束按照预设的扫描模式在样品表面扫描，扫描过程中，电子束与样品表面相互作用。
4. 信号的检测：样品表面与电子束相互作用后，会产生一系列的信号，包括二次电子和后向散射电子。
二次电子检测器和后向散射电子检测器将这些信号转化为电信号。
5. 图象的生成：检测到的电信号经过放大和处理后，转化为图象信号。
这些图象信号经过显示和记录系统的处理，最平生成可见的样品表面形貌图象。
扫描电镜的基本结构和工作原理使其能够在高分辨率下观察样品的表面形貌和成份信息。
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高的分辨率，可以观察到更细微的细节。
扫描电镜的工作原理与应用
扫描电镜的工作原理与应用扫描电镜是一种高分辨率、高清晰度的显微镜，主要用于观察各种微观物体的形态、结构和组成。
其工作原理相比传统的光学显微镜要复杂得多。
在本文中，我将详细介绍扫描电镜的工作原理和应用。
一、扫描电镜的基本原理扫描电镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）采用电子束而非光束照射样品，因此它具有高于光学显微镜的空间分辨率和深度清晰度。
SEM 使用高能电子束扫描样品表面，并探测所产生的次级电子、后向散射电子或荧光X射线等信号信号。
通过对这些信号的分析和数字处理，可以产生像素级的扫描图像，并确定样品的组成和结构。
扫描电子显微镜采用的主要原理是：将样品表面上的电子自主子级电子转换为信号，再将此信号放大、处理和记录。
SEM 中大多数扫描电子必须通过所用的样品形成的电荷屏障，否则将被折回光子元件中。
样品的电子子级电子外激发过程产生的信号，即次级电子，是包含有样品表面信息的电流信号，探针数据采集设备可将其转换成像素级图像。
SEM 所存在的分解能力是电子束在样品表面的扩散、散射和返回时波长的比值决定的。
二、扫描电镜的应用1.生物学：扫描电镜可帮助生物学家观察细胞和细胞器在微观尺度上的结构以及病毒的形态和特征。
它是研究生物体的材料性质、微观形态和结构，解析其细节显微解剖形态以及结构的最佳选择，对于肿瘤、心血管疾病、神经退行性疾病等疾病的发病机理及防治研究都有重要的应用价值。
2.物理学：扫描电镜可以测量微观物体的形态和结构，被广泛应用于材料凝聚态物理、力学和地质学等领域。
在材料科学领域中，它用于研究新材料的结构和形态，以及材料性能的变化。
3.化学：因其高分辨率和高清晰度，扫描电镜是研究化学领域中的重要工具。
它可以用于观察表面结构和相互作用，包括材料的结构、质量分析和表面成像。
此外，扫描电镜也可以用于探测微细结构和纳米级结构。
4.电子学：扫描电镜可以被用于测试电子元件的性能和结构，以及电路板等电子产品的质量控制。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它利用电子束与样品相互作用产生的信号来获取样品的表面形貌和成分信息。
以下是扫描电镜的工作原理的详细介绍。
1. 电子源扫描电镜的核心部件是电子源，通常采用热阴极电子枪。
电子枪中的阴极受加热，使得阴极表面的电子获得足够的能量跨越势垒，形成电子束。
2. 准直系统准直系统是用来控制和聚焦电子束的部件。
它由一组电磁透镜和光学器件组成。
电子束经过准直系统后，可以得到较小的束斑尺寸和较高的聚焦能力。
3. 扫描线圈和样品台扫描线圈用于控制电子束在样品表面的移动轨迹。
样品台则用于固定和调整样品的位置。
扫描线圈和样品台的协同作用可以实现电子束在样品表面的扫描，从而获取样品的表面形貌信息。
4. 信号探测系统信号探测系统用于检测样品与电子束相互作用产生的信号。
常用的信号探测器有次级电子探测器和反射电子探测器。
次级电子探测器可以检测到样品表面的次级电子发射信号，反射电子探测器可以检测到样品表面反射的电子信号。
通过采集和处理这些信号，可以得到样品的表面形貌信息。
5. 图像显示和分析系统图像显示和分析系统用于将信号转化为图像，并进行图像处理和分析。
扫描电镜通常配备了高分辨率的显示器，可以实时显示样品的表面形貌。
同时，还可以进行图像处理，如对比度调整、滤波、三维重建等。
图像分析功能可以用于测量样品的尺寸、形状等参数。
6. 能谱分析系统能谱分析系统是扫描电镜的一个重要功能，用于分析样品的成分信息。
常用的能谱分析技术有能量色散谱（EDS）和波长色散谱（WDS）。
这些技术可以通过分析样品与电子束相互作用产生的特定能量的X射线或光子，来确定样品的元素组成。
总结：扫描电镜的工作原理可以归纳为：通过电子源产生电子束，经过准直系统聚焦电子束，通过扫描线圈和样品台控制电子束在样品表面的移动轨迹，信号探测系统检测样品与电子束相互作用产生的信号，图像显示和分析系统将信号转化为图像并进行处理和分析，能谱分析系统用于分析样品的成分信息。
扫描电镜及其制样技术
2干燥的方法
1空气干燥法 2）真空干燥法 3）冷冻干燥法 4）临界点干燥法
2干燥的方法
1）空气干燥法 方法：把样品放在空气中;让其中的脱水
剂自然挥发掉，以达到干燥的目的; 特点：脱水剂存在的低表面张力，仍使许
多样品发生变形或收缩，故本法是 在缺乏其他条件下不得已采用的干 燥方法。
2干燥的方法
PBS清洗3次;5~10min/ 次→ 乙醇梯度脱水到纯 乙醇，5~30min/级;
（3）脱水的要求
脱水要彻底；
严防发生空气干燥：在换液过程中，要始终保 持样品润湿，以免因表面张力变化而造成样品 的皱缩 塌陷或变形。
5 干燥
1干燥的目的 彻底去除样品中的脱水剂;使样品干 燥，以保护镜筒高真空和样品不变形;
2干燥的方法
4）临界点干燥法
① 临界点干燥的原理（图32）
图32 临界点干燥原理图
临界点干燥的原理之小结
临界状态的条件：密闭容器中的液体加热达到一定 的温度临界温度;
临界状态的特性：气 液密度相等;相界消失；液体变 成气体，液体的表面张力消失为零；无论施加多大 的压力，气体不会变成液体。
临界点干燥：利用临界状态下液体表面张力被消除 的特性，使样品中的液体气化而最后完全干燥。
作用：对二次电子进 行收集、放大和处理; 以调制显像管栅极电 压并成象。
图11 扫描电镜工作原理图
３电子偏转系统（扫描系统）
组成：扫描发生器 扫描线圈;
作用：使镜筒和显 像管内的电子束分 别进行同步光栅状 扫描;最后在显像 管的荧光屏上显示 出完整图象。
图11 扫描电镜工作原理图
2 影响图象形成的因素
② 临界干燥液的选择——置换液与中间液
置换液：在临界点干燥器内起临界干燥 作用的液体称为置换液表2;
扫描电镜的结构和工作原理
一、扫描电子显微镜的工作原理扫描电镜(Scanning Electron Microscope)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（以及其它物理信号），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讯号，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。
二、扫描电镜具有以下的特点(1) 可以观察直径为0 ～30mm的大块试样(在半导体工业可以观察更大直径)，制样方法简单。
(2) 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。
(3) 放大倍数变化范围大，一般为15 ～200000 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。
(4) 具有相当高的分辨率，一般为3.5 ～6nm。
(5) 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。
(6) 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。
(7) 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。
三、扫描电镜的主要结构1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。
扫描电镜的结构原理
扫描电镜的结构原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高性能显微技术，能够提供高分辨率的表面形貌和表面元素的微区分析。
它通过扫描样品表面并采集电子信号，从而实现对样品的显微观察。
下面我将详细介绍扫描电镜的结构原理。
1.电子枪：电子枪是扫描电镜的核心部件，它负责产生高能电子束。
电子枪主要由阴极、阳极和加速电极等构成。
在电子枪中，阴极加热后释放出一个电子云，然后通过加速电极的作用，使电子云加速并形成高能电子束。
2.聚焦系统：聚焦系统包括透镜和聚焦电极。
透镜的角度和形状可以控制电子束的聚焦，从而提高图像的清晰度和分辨率。
聚焦电极则用于调节透镜的焦距。
3.扫描线圈：扫描线圈主要包括水平和垂直线圈。
水平线圈和垂直线圈通过产生调制磁场来控制电子束的扫描范围和速度。
通过改变磁场的传送效果，可以将电子束精确地扫描到样品的各个位置，从而实现对样品表面的显微观察。
4.样品台：样品台用于支撑和定位样品。
它通常是由导电材料制成，以便在样品表面引入扫描电子束所需的信号。
样品可以在样品台上进行旋转和倾斜，以获得不同角度的观察。
5.信号检测和显示系统：信号检测和显示系统是扫描电镜的输出部分。
扫描电子束在扫描样品表面时与样品相互作用产生的信号，通过探测器收集并转化为电信号。
然后，被放大和处理后的信号通过显示器显示出来，形成样品表面的图像。
除了上述组成部分，扫描电镜还可以配备其他的功能模块，例如能量散射谱仪和电子背散射仪等，以提供更全面的样品表征能力。
总之，扫描电镜通过电子束在样品表面的扫描来实现显微观察，并通过信号的检测和处理，最终呈现出高分辨率的样品表面形貌。
它在材料科学、生物学、化学等领域具有广泛应用，为科学研究和工程技术提供了强大的工具。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束与样品之间的相互作用来获取样品表面的形貌和结构信息。
它在材料科学、生物学、医学、纳米技术等领域具有广泛的应用。
一、扫描电镜的基本原理扫描电镜的基本原理是利用电子束与样品表面的相互作用来获得样品表面的形貌和结构信息。
其主要由电子光学系统、扫描控制系统和图象显示系统三部份组成。
1. 电子光学系统扫描电镜的电子光学系统主要包括电子枪、透镜系统和探测器。
电子枪通过加热阴极产生热电子，经过加速电压加速后形成高速电子束。
透镜系统包括聚焦透镜和扫描线圈，通过调节透镜电压和扫描线圈电压来控制电子束的聚焦和扫描。
探测器用于检测样品表面的信号并转换为电信号。
2. 扫描控制系统扫描控制系统主要由扫描线圈和样品台组成。
扫描线圈通过改变电流大小和方向来控制电子束的扫描范围和速度。
样品台用于固定和调节样品位置，保证样品与电子束之间的距离和角度的稳定。
3. 图象显示系统图象显示系统主要由信号放大器、数字转换器和显示器组成。
信号放大器用于放大探测器输出的电信号，数字转换器将摹拟信号转换为数字信号，最后通过显示器将数字信号转换为可视的图象。
二、扫描电镜的工作过程扫描电镜的工作过程主要包括样品制备、样品加载、电子束扫描和图象获取四个步骤。
1. 样品制备样品制备是扫描电镜工作的前提，样品的制备质量直接影响到最终的观察结果。
常见的样品制备方法包括金属薄膜沉积、切片制备、离子切割等。
2. 样品加载样品加载是将制备好的样品放置到扫描电镜的样品台上，并调整样品位置和角度，使得样品表面与电子束之间的距离和角度适合观察要求。
3. 电子束扫描电子束扫描是通过控制扫描线圈的电流和方向，使得电子束在样品表面上进行扫描。
扫描过程中，电子束与样品表面的相互作用会产生多种信号，如二次电子信号、反射电子信号、散射电子信号等。
4. 图象获取图象获取是将样品表面的信号转换为电信号，并通过信号放大器、数字转换器和显示器将其转换为可视的图象。
简述扫描电镜的构造及成像原理
简述扫描电镜的构造及成像原理，试分析其与透射电镜在样品表征方面的异同1、扫描电镜的构造扫描电镜由电子光学系统、信号收集与图像显示系统、与真空系统三部分组成。
1.1 电子光学系统（镜筒）电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈与样品室。
1.1.1 电子枪扫描电子显微镜中的电子枪与透射电镜的电子枪相似，只是加速电压比透射电镜低。
1.1.2 电磁透镜扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用，而是做聚光镜用，它们的功能只是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um的束斑缩小成一个只有数个纳米的细小斑点，要达到这样的缩小倍数，必须用几个透镜来完成。
扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜，可把电子束光斑缩小，第三个聚光镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。
布置这个末级透镜（习惯上称之物镜）的目的在于使样品室与透镜之间留有一定空间，以便装入各种信号探测器。
扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。
采用普通热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可达到6nm左右。
若采用六硼化镧阴极与场发射电子枪，电子束束径还可进一步缩小。
1.1.3 扫描线圈扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作与显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。
1.1.4 样品室样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
各种不同信号的收集与相应检测器的安放位置有很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。
样品台本身是一个复杂而精密的组件，它应能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜与转动等运动，以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
新式扫描电子显微镜的样品室实际上是一个微型试验室，它带有许多附件，可使样品在样品台上加热、冷却与进行机械性能试验（如拉伸与疲劳）。
1.2 信号的收集与图像显示系统二次电子、背散射电子与透射电子的信号都可采用闪烁计数器来检测。
扫描电镜的工作原理和基本结构
扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电子显微镜利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产行各种物理信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。
扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大、连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点，是进行样品表面研究的有效分析工具。
扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约在1～30kV，实验时可根据被分析样品的性质适当地选择，最常用的加速电压约在20kV左右。
扫描电镜的图像放大倍数在一定范围内(几十倍到几十万倍)可以实现连续调整，放大倍数等于荧光屏上显示的图像横向长度与电子束在样品上横向扫描的实际长度之比。
扫描电镜的电子光学系统与透射电镜有所不同，其作用仅仅是为了提供扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。
扫描电镜最常使用的是二次电子信号和背散射电子信号，前者用于显示表面形貌衬度，后者用于显示原子序数衬度。
扫描电镜的基本结构可分为电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、真空系统和电源及控制系统六大部分。
这一部分的实验内容可参照教材第十二章，并结合实验室现有的扫描电镜进行，在此不作详细介绍。
三、扫描电镜图像衬度观察1．样品制备扫描电镜的优点之一是样品制备简单，对于新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可以直接进行观察。
但在有些情况下需对样品进行必要的处理。
1) 样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂(乙醇或丙酮)在超声波清洗器中清洗。
2) 样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。
清洗时可能会失去一些表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。
3) 对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5-10nm为宜。
2．表面形貌衬度观察二次电子信号来自于样品表面层5～l0nm，信号的强度对样品微区表面相对于入射束的取向非常敏感，随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。
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扫描电镜的基本结构和工作原理
扫描电子显微镜利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产行各种物理
信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。
扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大、连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点，是进行样品表面研究的有效分析工具。
扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约在1～30kV，实验时可根据被
分析样品的性质适当地选择，最常用的加速电压约在20kV左右。
扫描电镜的图像放大倍数在一定范围内(几十倍到几十万倍)可以实现连续调整，放大倍数等于荧光屏上显示的图像横向长度与电子束在样品上横向扫描的实际长度之比。
扫描电镜的电子光学系统与透射电镜有所不同，其作用仅仅是为了提供扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。
扫描电镜最常使用的是二次电子信号和背散射电子信号，前者用于显示表面形貌衬度，后者用于显示原子序数衬度。
扫描电镜的基本结构可分为电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图像显示
和记录系统、真空系统和电源及控制系统六大部分。
这一部分的实验内容可参照教材第十二章，并结合实验室现有的扫描电镜进行，在此不作详细介绍。
三、扫描电镜图像衬度观察
1．样品制备
扫描电镜的优点之一是样品制备简单，对于新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可
以直接进行观察。
但在有些情况下需对样品进行必要的处理。
1) 样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂(乙醇或丙酮)在超声波清洗器中清洗。
2) 样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。
清洗时可能会失去一些
表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。
3) 对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5-10nm
为宜。
2．表面形貌衬度观察
二次电子信号来自于样品表面层5～l0nm，信号的强度对样品微区表面相对于入射束的
取向非常敏感，随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。
因此，二次电子像适合于显示表面形貌衬度。
二次电子像的分辨率较高，一般约在3～6nm。
其分辨率的高低主要取决于束斑直径，而
实际上真正达到的分辨率与样品本身的性质、制备方法，以及电镜的操作条件如高匝、扫描速度、光强度、工作距离、样品的倾斜角等因素有关，在最理想的状态下，目前可达的最佳分辩率为lnm。
扫描电镜图像表面形貌衬度几乎可以用于显示任何样品表面的超微信息，其应用已渗透
到许多科学研究领域，在失效分析、刑事案件侦破、病理诊断等技术部门也得到广泛应用。
在材料科学研究领域，表面形貌衬度在断口分析等方面显示有突出的优越性。
下面就以断口分析等方面的研究为例说明表面形貌衬度的应用。
利用试样或构件断口的二次电子像所显示的表面形貌特征，可以获得有关裂纹的起源、
裂纹扩展的途径以及断裂方式等信息，根据断口的微观形貌特征可以分析裂纹萌生的原因、裂纹的扩展途径以及断裂机制。
图实5-1 是比较常见的金属断口形貌二次电子像。
较典型的
解理断口形貌如图实5-1a 所示，在解理断口上存在有许多台阶。
在解理裂纹扩展过程中，台阶相互汇合形成河流花样，这是解理断裂的重要特征。
准解理断口的形貌特征见图实5—
1b，准解理断口与解理断口有所不同，其断口中有许多弯曲的撕裂棱，河流花样由点状裂纹源向四周放射。
沿晶断口特征是晶粒表面形貌组成的冰糖状花样，见图实5—1c。
图5—1d 显示的是韧窝断口的形貌，在断口上分布着许多微坑，在一些微坑的底部可以观察到夹杂物或第二相粒子。
由图实7—1e 可以看出，疲劳裂纹扩展区断口存在一系列大致相互平行、略
有弯曲的条纹，称为疲劳条纹，这是疲劳断口在扩展区的主要形貌特征。
图实5—1 示出的具有不同形貌特征的断口，若按裂纹扩展途径分类，其中解理、准解理和韧窝型属于穿晶断裂，显然沿晶断口的裂纹扩展是沿晶粒表面进行的。
图实5—2是显示灰铸铁显微组织的二次电子像，基体为珠光体加少量铁素体，在基体上分布着较粗大的片状石墨。
与光学显微镜相比，利用扫描电镜表面形貌衬度显示材料的微观
组织，具有分辨率高和放大倍数大的优点，适合于观察光学显微镜无法分辨的显微组织。
为了提高表面形貌衬度，在腐蚀试样时，腐蚀程度要比光学显微镜使用的金相试样适当地深一些。
表面形貌衬度还可用于显示表面外延生长层(如氧化膜、镀膜、磷化膜等)的结晶形态。
这
类样品一般不需进行任何处理，可直接观察。
图实5-3 是低碳钢板表面磷化膜的二次电子像，
它清晰地显示了磷化膜的结晶形态。
3．原子序数衬度观察
原子序数衬度是利用对样品表层微区原子序数或化学成分变化敏感的物理信号，如背
散射电子、吸收电子等作为调制信号而形成的一种能反映微区化学成分差别的像衬度。
实验证明，在实验条件相同的情况下，背散射电子信号的强度随原子序数增大而增大。
在样品表层平均原子序数较大的区域，产生的背散射信号强度较高，背散射电子像中相应的区域显示较亮的衬度；而样品表层平均原子序数较小的区域则显示较暗的衬度。
由此可见，背散射电子像中不同区域衬度的差别，实际上反映了样品相应不同区域平均原子序数的差异，据此可定性分析样品微区的化学成分分布。
吸收电子像显示的原子序数衬度与背散射电子像相反，平均原子序数较大的区域图像衬度较暗，平均原子序数较小的区域显示较亮的图像衬度。
原子序数衬度适合于研究钢与合金的共晶组织，以及各种界面附近的元素扩散。
图实5—4是A1-Li 合金铸态共晶组织的背散射电子像。
由图可见，基体a-A1
固溶体由于其平均原子序数较大，产生背散射电子信号强度较高，显示较亮的图像衬度。
在基体中平行分布的针状相为铝锂化合物，因其平均原子序数小于基体而显示较暗的衬度。
在此顺便指出，由于背散射电子是被样品原子反射回来的入射电子，其能量较高，离开
样品表面后沿直线轨迹运动，因此信号探测器只能检测到直接射向探头的背散射电子，有效收集立体角小，信号强度较低。
尤其是样品中背向探测器的那些区域产生的背散射电子，因无法到达探测器而不能被接收。
所以利用闪烁体计数器接收背散射电子信号时，只适合于表
面平整的样品，实验前样品表面必须抛光而不需腐蚀。