带能谱分析的扫描电子显微镜简介
扫描电子显微镜及能谱仪SEM
扫描电子显微镜及能谱仪SEM扫描电子显微镜及能谱仪SEM扫描电子显微镜及能谱仪SEM是一种强大的实验仪器，它能够帮助我们开启微观世界的大门，从而深入了解物质在最基本层面的性质和结构。
本文将在以下几个方面对SEM及其应用进行介绍。
一、扫描电子显微镜SEM的原理扫描电子显微镜SEM是一种采用电子束的显微镜，通过高能电子束与样品相互作用，透过扫描线圈产生扫描信号，实现对样品表面形貌的观察和获取高清晰度的图像。
SEM和光学显微镜有很大的不同，光学显微镜是使用光来观察物质的显微镜，而SEM则是使用电子来观察物质。
扫描电子显微镜SEM的工作原理主要分为以下三个步骤：1、获得高能电子束：扫描电子显微镜SEM内部有个电子枪，电子枪发射出的电子经过加速器的加速器和聚焦极的聚焦，成为高能电子束。
2、扫描样品表面：高能电子束射向样品表面，样品表面反弹回来的电子信号被SEM仪器捕获。
3、产生扫描信号：把从样品表面反弹回来的电子信号进行放大，形成显微图像。
二、能谱仪的原理能谱仪是SEM中的重要组成部分，它可以检测电子在样品中的反应和监测样品中所含的化学元素，以及相应元素的含量。
能谱仪的工作原理是通过检测样品产生的X射线来分析样品组成，电子束与样品相互作用，产生一系列的X射线能量峰值。
每个元素都有不同能级的电子，其X射线产生的能量也分别对应不同的峰值。
因此，通过表征能谱仪所发现的不同X射线能量峰的位置和强度，可以确定样品中所含元素。
三、SEM的应用1、矿物学SEM被广泛应用于矿物学研究中，因为它能够提供很高的图像分辨率。
将样品与高能电子束相互作用可使样品表面反射的电子被收集，从而形成高分辨率的矿物学图像。
2、材料科学在材料科学中，SEM被用于表面形貌研究以及微观结构解析。
通过SEM可以获取材料的内部结构和力学特性，为材料研发和工业应用提供了有力支持。
3、医学SEM在医学领域也有极为重要的应用，例如用于人体组织医学研究。
SEM可以提供高质量且精细的人体组织图像，进一步促进了医学领域的研究和治疗。
SEM扫描电子显微镜
线扫描分析：
电子探针
将谱仪〔波、能〕固定在所要测量的某一元素特征X射线信 号〔波长或能量〕的位置，把电子束沿着指定的方向作直线轨 迹扫描，便可得到这一元素沿直线的浓度分布状况。转变位置 可得到另一元素的浓度分布状况。
面扫描分析〔X射线成像〕：
电子束在样品外表作光栅扫描，将谱仪〔波、能〕固定在 所要测量的某一元素特征X射线信号〔波长或能量〕的位置，此 时，在荧光屏上得到该元素的面分布图像。转变位置可得到另 一元素的浓度分布状况。也是用X射线调制图像的方法。
征X射线，分析特征X射线的波长〔或能量〕可知元素种类； 分析特征X射线的强度可知元素的含量。
➢ 其镜筒局部构造和SEM一样，检测局部使用X射线谱仪。
电子探针
X射线谱仪是电子探针的信号检测系统，分为: 能量分散谱仪〔EDS〕，简称能谱仪，用来测定X射线特征能量。 波长分散谱仪〔WDS〕，简称波谱仪，用来测定特征X射线波长。
对于纤维材料，用碳胶成束的粘接在样品台上即 可。
样品制备
粉末样品：留意粉末的量，铺开程度和喷金厚度。 粉末的量：用刮刀或牙签挑到双面导电胶〔2mm宽，8mm长〕，
均匀铺开，略压紧，多余的轻叩到废物瓶，或用洗耳球吹， 后者易污染。 铺开程度：粉末假设均匀，很少一点足矣，否则易导致粉末在 观看时剥离外表。喷金集中在外表，下面样品易导电性不佳， 观看比照度差，建议承受分散方式。
定量分析精度不如波谱仪。
电子探针
波谱仪
➢ 波谱仪主要由分光晶体和X射线检测系统组成。 ➢ 依据布拉格定律，从试样中发出的特征X射线，经过确定晶面间距的晶
体分光，波长不同的特征X射线将有不同的衍射角。通过连续地转变θ， 就可以在与X射线入射方向呈2θ的位置上测到不同波长的特征X射线信 号。 ➢ 依据莫塞莱定律可确定被测物质所含有的元素 。
扫描电子显微镜与能谱分析
进行成分分析。如果用X射线探测器测到了样品微区中存
在某一特征波长，就可以判定该微区中存在的相应元素。
六、俄歇电子
• 如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能 量E不以X射线的形式释放，而是用该能量将核 外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种 二次电子叫做俄歇电子。
• 因每一种原子都有自己特定的壳层能量，所以它 们的俄歇电子能量也各有特征值，一般在50-1500 eV范围之内。俄歇电子是由试样表面极有限的几 个原于层中发出的，这说明俄歇电子信号适用于 表层化学成分分析。
• 由于镜筒中的电子束和显像管中的电子束 是同步扫描，荧光屏上的亮度是根据样品 上被激发出来的信号强度来调制的，而由 检测器接收的信号强度随样品表面状态不 同而变化，从而，由信号检测系统输出的 反映样品表面状态特征的调制信号在图像 显示和记录系统中就转换成一幅与样品表 面特征一致的放大的扫描像。
3．真空系统和电源系统
特点
• 可做综合分析。 • SEM装上波长色散X射线谱仪（WDX）（简称
波谱仪）或能量色散X射线谱仪（EDX） （简称能谱仪）后，在观察扫描形貌图像 的同时，可对试样微区进行元素分析。
• 装上不同类型的试样台和检测器可以直接 观察处于不同环境（加热、冷却、拉伸等） 中的试样显微结构形态的动态变化过程 （动态观察）。
K
hc EK EL2
• 式中，h为普朗克常数，c为光速。对于每一元素，EK、
EL2都有确定的特征值，所以发射的X射线波长也有特征值，
这种X射线称为特征X射线。
• •
X射线的波长和原子序数之间服从莫塞莱定律： (2)
Z
K
2
• 式中，Z为原子序数，K、为常数。可以看出，原子序数
扫描电镜SEM简介-文字版
2. 背散射电子
背散射电子是固体样品中原子核“反射”回来的一部分入射电子，分 弹性散射电子和非弹性散射电子。背散射电子的产生深度 100nm~1μm。 背散射电子的产额随原子序数 Z 的增加而增加，大致 I∝Z2/3~3/4。利用背 散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，还可以作为原子序数程度， 进行定性成分分析。
4. 俄歇电子
如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以 X 射线 的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另—个电子发射出去， 这个被电离出来的电子称为俄歇电子。俄歇电子能量各有特征值(壳层)， 能量很低，一般为 50-1500eV。俄歇电子的平均白由程很小(~1nm)。只有 在距离表面层 1nm 左右范围内(即几个原子层厚度)逸出的俄歇电子才具 备特征能量，俄歇电子产生的几率随原子序数增加而减少，因此，特别 适合作表层轻元素成分分析。
图 10 样品室
信号收集系统用于信号收集，包括二次电子和背散射电子收集器 、吸收 电子检测器、X 射线检测器 (波谱仪和能谱仪)，如图 11(a)。
图 1 现代化的扫描电子显微镜
二、 SEM 的产生
1. 光学显微镜(Optical Microscope，OM)的分辨率极限 一个理想的点光源，通过会聚透镜成像，得到的并不是一个像点，
而是一个亮斑，称为艾里斑，光能量的 84%集中在中央。如果物体上两 个点所成的两个像斑发生了重叠，两圆心间距恰好是圆的半径时，恰好
电子束进入轻元素内部之后会造 成一个液滴状的作用体积。入射电子 束在被样品吸收或者散射出样品表面 之前将在这个体积内活动。如果是原 子序数较大的金属，形成的是一个类 似半球状的作用体积。
图 6 电子束的液滴作用体积示意图
表 1 各种信号的空间分辨率 (nm)
扫描电子显微镜技术在材料研究中的应用
扫描电子显微镜技术在材料研究中的应用随着科学技术的进步，越来越多的新材料被开发出来，同时也带来了更多的研究挑战。
传统的材料研究方法往往难以满足如此复杂的研究需求。
幸运的是，扫描电子显微镜技术的发展，使得研究人员能够更好地理解这些材料。
本文将介绍扫描电子显微镜技术在材料研究中的应用。
扫描电子显微镜技术是一种能够进行高分辨率成像的显微镜。
它的原理是通过扫描电子束在样品表面来获得高分辨率的图像。
扫描电子显微镜可以成像几乎所有的材料，包括金属、聚合物、半导体以及生物材料。
下面将介绍扫描电子显微镜技术在材料研究中的应用。
一、纳米材料成像扫描电子显微镜技术能够进行非常高分辨率的成像，因此在纳米材料的研究中得到了广泛应用。
纳米材料的尺寸非常小，一般在1到100纳米之间。
传统的显微镜无法获得如此高分辨率的图像。
使用扫描电子显微镜技术，可以观察纳米材料的表面形貌、材料的组成、原子结构以及电子结构。
这些信息有助于更好地理解微观结构和材料性质之间的关系。
二、能谱分析扫描电子显微镜技术不仅可以提供高分辨率的图像，还可以进行能谱分析。
该技术可以测量样品中元素的相对含量，并且检测到低浓度的元素。
这对于研究材料性质非常重要，因为元素的含量和组成对材料的性质有重要影响。
通过能谱分析，研究人员可以分析不同元素在材料中的分布情况，从而更好地了解材料构成和性质之间的关系。
三、材料结构分析扫描电子显微镜技术还可以用于分析材料的结构。
该技术可以观察材料的微观形貌，如颗粒大小和形状、孔隙分布以及晶体结构。
这些结构信息对于研究材料的物理和化学性质非常重要。
例如，孔隙和晶体缺陷可以影响材料的力学性质、光学性质以及化学反应性。
通过扫描电子显微镜技术，研究人员可以更好地理解这些微观结构，并且在材料设计和改进方面提供重要信息。
四、材料表面分析扫描电子显微镜技术还可以用于材料表面分析。
该技术可以观察材料表面的形貌、纹理和各种缺陷，如裂纹、疤痕和氧化物。
扫描电镜和能谱仪
生物样品分析
用于研究生物组织、细胞中的元素分布和含量， 有助于了解生物体的生理功能和代谢机制。
能谱仪的优缺点
优点
能谱仪具有快速、无损、高精度和高灵敏度的特点，可同时测定多种元素，且 对样品制备要求较低。
缺点
能谱仪的分辨率和探测器性能对测定结果有影响，对于轻元素和低含量的元素 测定可能存在误差。此外，能谱仪的造价和维护成本较高，需要专业人员操作 和维护。
04
扫描电镜与能谱仪的比较
工作原理的比较
扫描电镜（SEM）
扫描电镜是一种利用电子束扫描样品表面并产生图像的显微镜。电子束轰击样品 表面，激发出各种信号，如二次电子、背散射电子等，这些信号被探测器接收并 转换为电信号，进一步处理后形成图像。
工作原理的比较
能谱仪（EDS）
能谱仪是一种用于分析样品表面元素组成的仪器。当电子束轰击样品时，各元素会发出特征X射线，能谱仪通过检测这些特征 X射线的能量和强度，确定样品表面的元素种类和含量。
3
数据分析
收集到的信号经过计算机处理，转换成元素种类 和含量的信息，以谱图或表格形式展示。
能谱仪的应用范围
地质样品分析
用于分析岩石、矿物、土壤等地质样品中的元素 成分。
考古样品分析
用于鉴定文物、古迹中的元素成分，为考古研究 提供依据。
ABCD
环境样品分析
用于检测土壤、水体、大气等环境样品中的重金 属、有机污染物等。
04
能谱仪
优点：可分析样品表面的元素组成和含量 ，具有较高品表面的形貌和结构， 需要配合其他显微镜使用。
05
实际应用案例分析
扫描电镜在材料科学中的应用
01
02
03
金属材料
观察金属材料的微观结构， 如晶粒大小、相分布等， 分析材料的力学性能和热 性能。
扫描电子显微镜简介
扫描电子显微镜仪器构造：(1) 电子枪。
电子枪有热电子发射型和场发射型两种。
其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。
目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。
其优点是灯丝价格较便宜，对真空度要求不高，缺点是钨丝热电子发射效率低，发射源直径较大，即使经过二级或三级聚光镜，在样品表面上的电子束斑直径也在5-7nm，因此仪器分辨率受到限制。
现在，高等级扫描电镜采用六硼化镧（LaB6）或场发射电子枪，使二次电子像的分辨率达到2nm。
但这种电子枪要求很高的真空度。
为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。
(2) 电磁透镜。
其作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩小，是原来直径约为50m m的束斑缩小成一个只有数nm的细小束斑。
其工作原理与透射电镜中的电磁透镜相同。
扫描电镜一般有三个聚光镜，前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光斑尺寸。
第三个聚光镜是弱透镜，具有较长的焦距，在该透镜下方放置样品可避免磁场对二次电子轨迹的干扰。
(3) 扫描系统。
它是扫描电镜成象的一个重要组成部分，它的功能是使聚焦后的电子束在样品表面做光栅扫描。
(4) 样品室。
样品室中主要部件是样品台。
它出能进行三维空间的移动，还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达40毫米，倾斜范围至少在50度左右，转动360度。
样品室中还要安置各种型号检测器。
信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系。
样品台还可以带有多种附件，例如样品在样品台上加热，冷却或拉伸，可进行动态观察。
近年来，为适应断口实物等大零件的需要，还开发了可放置尺寸在Φ125mm以上的大样品台。
(5) 检测器。
其作用是检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，然后经视频放大作为显像系统的调制信号。
不同的物理信号需要不同类型的检测系统，大致可分为三类：电子检测器，应急荧光检测器和X射线检测器。
在扫描电子显微镜中最普遍使用的是电子检测器，它由闪烁体，光导管和光电倍增器所组成（见下图）。
扫描电子显微镜 射线能谱仪 SEM EDS
扫描电子显微镜&X射线能谱仪应用介绍扫描电子显微镜/ X射线能谱仪（S E M & E D S）理论依据是电子与物质之间的相互作用。
如图1所示，当一束高能的入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、特征射线和连续谱X射线、背散射电子、以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。
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。
S E M / E D S正是根据上述不同信息产生的机理，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。
应用范围1．材料组织形貌观察，如断口显微形貌观察，镀层表面形貌观察，微米级镀层厚度测量，粉体颗粒表面观察，材料晶粒、晶界观察等；2．微区化学成分分析，利用电子束与物质作用时产生的特征X射线，来提供样品化学组成方面的信息，可定性、半定量检测大部分元素（Be4-PU94），可进行表面污染物的分析；焊点、镀层界面组织成分分析。
根据测试目的的不同可分为点测、线扫描、面扫描；3．显微组织及超微尺寸材料分析，如钢铁材料中诸如马氏体、回火索氏体、下贝氏体等显微组织的观察分析，纳米材料的分析；4．在失效分析中主要用于定位失效点，初步判断材料成分和异物分析。
主要特点1．样品制备简单，测试周期短；2．景深大，有很强的立体感，适于观察像断口那样的粗糙表面；3．可进行材料表面组织的定性、半定量分析；4．既保证高电压下的高分辨率，也可提供低电压下高质量的图像。
技术参数分辨率：高压模式：3 n m，低压模式：4 n m放大倍数：5~100万倍检测元素：Be4-PU94最大样品直径：200mm图象模式：二次电子、背散射图1 .电子激发物体表面图2.日立3400N+IXRF 典型图片图3. PCB铜箔相结构观察图4.金相结构分析- 304不锈钢图5.ENIG焊盘剥金后观察图6.金属断口分析-解理断口图7.颗粒形貌观察图8.微米级镀层厚度测量图9.SMT焊点界面成分分图10.表面异物分析。
扫描电镜 能谱
扫描电镜能谱
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种分析仪器，
通过对物质表面的电子扫描获取其结构和形态的物理方法。
该仪器可以用于测量、表征和分析物质以及进行物质表征与表面分析技术。
扫描电子显微镜可以在以微米尺度分布的表征数据上有效把握和描述物质表面形貌特征，例如，它能够提供定性、定量的表征数据，对于对细胞等微小物体的形貌结构的分析具有非常重要的意义和作用。
扫描电子显微镜的应用范围广泛，可应用于科学研究和工程应用。
在科学研究
领域中，它可用于研究微观细胞的形貌与结构，检测致病基因的表达情况，研究新材料的性能特征，研究细菌等对外界环境适应性，以及分析样本中复杂有机混合物中有机聚合物分子结构等。
在工程应用领域，扫描电子显微镜可用于分析材料表面失效、机械零部件损伤机理、润滑油添加剂分布、滤料介质损伤、材料表面腐蚀等。
扫描电子显微镜能够探测到的粒度微小，最小能谱量级可达1nm，非常精确。
它还具有高效率，转换效率高达99%，可将细胞、芯片、涂层、聚合物等小物体的
结构特征进行查看、分析和测量。
此外，它还具有高精确度，能够提供0.1nm的分辨率，可以测量特定物质的原子排布情况，同时具有操作简便性，可以自由调整对特定物质的扫描和深度，以实现更精细的分析。
扫描电子显微镜和能谱分析技术
扫描电子显微镜和能谱分析技术扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种基于电子束和样品间相互作用的高分辨率显微镜，具有较大的放大倍数和较高的解析能力。
能谱分析技术则是一种通过测量样品与电子束相互作用的产生的能量谱，来分析样品中元素成分的方法。
下面将详细介绍扫描电子显微镜和能谱分析技术。
通过扫描电子显微镜，我们可以观察到样品表面的微观结构，这对于材料科学、生命科学等领域的研究具有重要意义。
相比传统光学显微镜，扫描电子显微镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数，可以观察到纳米级别的细节。
此外，扫描电子显微镜还具有较大的深度和聚焦区域，可以观察到样品的三维形态。
因此，扫描电子显微镜广泛应用于材料科学、地质学、生物学、医学等领域。
除了观察样品的形貌结构，扫描电子显微镜还可以进行能谱分析。
在扫描电子显微镜中，样品与电子束相互作用会产生多种信号，其中包括二次电子信号（Secondary Electron，简称SE）和反射电子信号（Backscattered Electron，简称BSE）等。
这些信号包含了样品表面的形貌信息和组成成分。
能谱分析技术则是通过测量样品与电子束相互作用产生的能量谱，来分析样品中元素成分的方法。
在扫描电子显微镜中，我们可以使用能谱分析仪来收集样品中产生的X射线信号。
当电子束与样品相互作用时，样品中的原子会被激发产生X射线。
这些X射线的能量是特定的，与所激发原子的种类相关。
通过能谱分析技术，我们可以确定样品中元素的种类和含量。
当能谱分析仪接收到X射线信号时，会根据信号的能量对其进行解析，从而确定元素的组成。
能谱分析技术在材料科学、地质学、环境科学等领域广泛应用。
例如，在材料研究中，我们可以通过能谱分析来确定材料的化学成分，从而了解其性质和性能。
总结起来，扫描电子显微镜和能谱分析技术是一种用于观察和分析样品的有效工具。
通过应用这两种技术，我们可以观察样品的表面形貌和内部组成，从而深入理解样品的特性和行为。
扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS
EDS
能量分辨率：132eV 分析范围:Be-U
JEOL-6380/SEM的工作界面
颗粒
10，0000-Au 6，0000-纳米晶 金刚石
薄膜及涂层材料
昆虫
生物材料 头发
EDAX-EDS的工作界面---谱线收集
能谱谱线收集实例
Element CK OK AlK SiK MoL CrK MnK FeK
(3)粉末样品的制备：
导电胶－－粘牢粉末－－吸耳球－－观察 悬浮液－－滴在样品座上－－溶液挥发－－观察
(4)不导电样品：
通常对不导电样品进行喷金、喷碳处理或使用导电胶 形貌观察：喷金处理 成分分析：喷碳处理
样品制备注意事项
a 显露出所欲分析的位置 b 不得有松懈的粉末或碎屑 c 需耐热，不得有熔融蒸发的现象 d不能含有液状或胶状物质，以免挥发 e非导体表面需镀金或镀碳 f 磁性材料会影响聚焦，成像效果不好
阴极 控制极
阳极 电子束 聚光镜
试样
样品表面激发的电子信号
特征X射线
二次电子、背散射电子和特征X射线
二次电子
它是被入射电子轰击出来的样品核外电子.
背散射电子
它是被固体样品中原子反射回来的一部分 入射电子。
特征X射线
它是原子的内层电子受到激发之后， 在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射
6 能谱仪（EDS）的结构
7 能谱仪（EDS）的特点
优点
1）快速并且可以同时探测不同能量的X-光能谱 2）接受信号的角度大。 3）仪器设计较为简单 4）操作简单
性能 分析时间 检测效果 谱鉴定 试样对检测影响 探测极限 定量分析精度
EDS 几分钟 100％ 简单 较小
扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS
扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和能谱分析技术（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS）是一种常用于材料科学和生物科学领域的先进工具，它们相互结合可以提供高分辨率的图像、元素成分分析以及相关属性的定量信息。
SEM是一种利用电子束扫描样品表面并形成二维或三维显微图像的技术。
与传统光学显微镜相比，SEM具有更高的分辨率和放大倍数，可以观察到微米级的细节。
SEM的工作原理是在真空或高真空环境中，通过加速电子束轰击样品表面，激发出一系列相互作用过程产生的信号。
这些信号包括次级电子（SE）和反射电子（BSE）等，它们与样品的形貌和组成有关。
SEM采用特殊的电子透镜和探测器系统，可以将这些信号转化为电子显微图像。
与SEM相结合的EDS能谱分析技术可以提供关于样品元素组成的定性和定量信息。
EDS是一种通过分析样品中X射线的能量和强度，来确定其元素成分的方法。
在SEM中，当电子束与样品相互作用时，会激发样品中的原子内层电子跃迁，产生特定能量的特征X射线。
EDS探测器可以测量这些X射线的能量，通过能量的定量分析，可以确定样品中的元素种类和相对含量。
EDS技术的定量分析需要校正和标定，校正是指校正探测器的能量响应，以准确测量X射线的能量；标定是指使用已知组成和浓度的实验样品进行这些校正和定量分析。
EDS技术对元素的检测范围和限量有一定的限制，对于轻元素的检测灵敏度较低，同时在多元素样品和复杂衬底的情况下，定量分析的精度也会受到影响。
SEM和EDS技术的结合可以提供更为全面和细致的样品分析。
SEM提供了样品的形貌和组织信息，可以观察到样品的微观结构和表面特征。
通过SEM观察到的微观特征，可以帮助解释材料的性能和行为。
而EDS的能谱分析可以提供关于样品成分的定性和定量信息，对材料的组成和标识也具有重要的作用。
扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS
扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS 扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析技术（EDS）是现代材料科学和纳米技术研究领域中常用的重要工具。
SEM通过扫描样品表面，利用高能电子束与样品表面相互作用产生的信号，从而获得样品高分辨率的图像。
而EDS则是一种能够定性和定量分析分布于材料样品中的元素种类以及其含量的分析技术。
SEM和EDS是相辅相成的技术，常常同时应用于样品的表征和分析。
SEM技术可以提供高分辨率的样品表面形貌信息。
通过SEM观察，我们可以了解材料表面的微观形貌、颗粒大小以及形态等。
SEM显微图像的分辨率通常达到纳米级别，这使得我们可以观察到许多微观细节。
此外，SEM还可以提供样品的三维形貌信息，通过倾斜样品或者旋转样品，可以获得不同角度的视图，从而形成立体效果。
通过SEM可以观察到各种不同材料的显微结构，如金属、陶瓷、聚合物等，因此被广泛应用于材料科学、能源材料、生物医学和纳米科技等领域。
然而，单纯的SEM观察只能提供样品形貌信息，并不能直接获得元素成分信息。
这时候EDS技术就派上用场了。
EDS技术利用特殊的X射线探测器，测量和分析样品表面上从中散射出的X射线，从而获得样品的化学元素成分及其含量信息。
当高能电子束作用在样品表面时，样品原子会被激发并跳跃到一个高能级，当原子从高能级退跃到低能级时会释放出能量，这个能量对应的就是一定能量的特定频率的X射线。
通过测量和分析这些特定频率的X射线，可以得到样品中各种元素的数据。
除了定性分析元素成分外，EDS还可以用于定量分析元素含量。
SEM和EDS技术的结合，可以实现样品表面形貌与元素成分的高分辨率综合分析。
通过SEM观察到的微观形貌结构可以与EDS获取的元素成分信息相印证，从而更全面地理解样品的特性。
比如，在材料科学中，研究人员可以通过SEM观察到材料的孔隙结构和相界面形貌，而通过EDS分析，可以确定材料中各个相的元素成分，进而推断材料的组成和性能。
SEM-扫描电子显微镜简介
却、拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化过程（动态观察）。
2019/4/27
五、SEM样品制备
样品制备特点： 1.可以观察大尺度的样品，从毫米到厘米尺寸的样品都可以观察 2.成块样品不用制成超薄切片，样品制备方法要简单得多 3.特别适合于细胞表面和组织表面特征信息的研究
中型电镜。 1975年，中国科学院北京科学仪器厂成功试制了第一台DX-3型
扫描电镜，分辨率为10nm，填补了我国扫描电镜的空白。
2019/4/27
二、SEM结构与工作原理
JSM-6700F场发射扫描电组成： (1)电子光学系统（镜筒） (2)扫描系统 (3)信号收集和图像显示系统 (4)真空系统 (5)电源系统
0.88PMN-0.12PT透明陶瓷的断面SEM照片
2019/4/27
SEM在材料和冶金工业的应用
• 应用范围很广，包括断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚 度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损和腐蚀分析、耐火材料的 结构与蚀损分析等等。
材料拉伸测试
2019/4/27
SEM观察生物样本
独居蜂幼虫
撒克逊黄蜂的颚齿
哥布林蜘蛛
2019/4/27
谢谢观看
2019/4/27
扫描电镜 SEM
(Scanning Electron Microscope)
2019/4/27
目录：
1.SEM的发展历程 2.SEM的结构与工作原理 3.SEM的特点 4.SEM的样品制备
5.SEM的应用
2019/4/27
一、SEM的发展历程（1）
1924年，法国科学家De.Broglie证明任何粒子在高速运动时都会 发射一定波长的电磁辐射。
扫描电子显微镜及能谱仪原理二
扫描电子显微镜及能谱仪原理二之X射线能谱仪(EDS)&扫描电子显微镜(SEM)操作原理能谱仪结构及工作原理X射线能量色散谱分析方法是电子显微技术最基本和一直使用的，具有成分分析功能的方法，通常称为X射线能谱分析法，简称EDS或EDX方法。
它是分析电子显微方法中最基本，最可靠，最重要的分析方法，所以一直被广泛使用。
1。
特征X射线的产生特征X射线的产生是入射电子使内层电子激发而发生的现象。
即内壳层电子被轰击后跳到比费米能高的能级上，电子轨道内出现的空位被外壳层轨道的电子填入时，作为多余的能量放出的就是特征X射线。
高能级的电子落入空位时，要遵从所谓的选择规则(selectionrule)，只允许满足轨道量子数l的变化l=±1的特定跃迁。
特征X射线具有元素固有的能量，所以，将它们展开成能谱后，根据它的能量值就可以确定元素的种类，而且根据谱的强度分析就可以确定其含量。
另外，从空位在内壳层形成的激发状态变到基态的过程中，除产生X射线外，还放出俄歇电子。
一般来说，随着原子序数增加，X射线产生的几率(荧光产额)增大，但是，与它相伴的俄歇电子的产生几率却减小。
因此，在分析试样中的微量杂质元素时可以说，EDS对重元素的分析特别有效。
2。
X射线探测器的种类和原理对于试样产生的特征X射线，有两种展成谱的方法:X射线能量色散谱方法(EDS:energydispersiveX-rayspectroscopy)和X射线波长色散谱方法(WDS:wavelengthdispersiveX-rayspectroscopy)。
在分析电子显微镜中均采用探测率高的EDS。
从试样产生的X射线通过测角台进入到探测器中。
图1示出EDS探测器系统的框图。
对于EDS中使用的X射线探测器，一般都是用高纯单晶硅中掺杂有微量锂的半导体固体探测器(SSD:solidstatedetector)。
SSD是一种固体电离室，当X射线入射时，室中就产生与这个X射线能量成比例的电荷。
电镜能谱分析
电镜能谱分析
中国科学院分析中心（中国科学院广州化学研究所分析测试中心）
---李工--136--0304-4558
扫描电子显微镜，又名SEM，扫描电镜，是一种在真空下用电子束扫描样品表面，逐点激发二次电子信号，根据信号强度组成形貌照片，做高倍率的表面外观形貌观察的仪器，检测流程包括制样、上机观察拍照，最后提供外观形貌照片等数据。
在半导体器件的失效分析中，可用二次电子像来观察芯片表面金属引线的短路、开路、电迁移、氧化层的针孔和受腐蚀的情况，还可用来观察硅片的层错、位错和抛光情况及作为图形线条的尺寸测量等。
EDS能谱仪，又名显微电子探针，是一种分析物质元素的仪器，常与扫描电镜或者透射电镜联用，在真空室下用电子束轰击样品表面，激发物质发射出特征x射线，根据特征x射线的波长，定性与半定量分析元素周期表中Be以上的物质元素，检测流程包括电镜样品制备，上机操作分析，最后提供成份分析谱图与半定量成份组成比等数据。
能谱仪除了分析速度快，可做定量计算外，还可以选择不同的方式进行分析，即可选点、线及区域进行分析，还可做不同元素的面分布图（mapping）。
主要用途：
1、外观形貌观察，放大1000倍到30万倍率，尺寸测量等；
2、选定微小位置区域，探测元素成份与含量；
3、是失效分析当中对于微小痕量金属物质检测的最重要的检测手段。
即可选点、线及区域进行分析，还可做不同元素的面分布图。
扫描电镜带能谱
扫描电镜带能谱技术一、扫描电镜与能谱技术概述扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常见的电子显微镜，通过聚焦电子束扫描样品表面，产生多种信号，如二次电子、背散射电子等，从而获取样品的形貌、成分等信息。
能谱技术（Energy-dispersive Spectroscopy，EDS）是SEM的一个重要附件，用于分析样品的元素成分。
通过SEM和EDS的结合，可以实现样品的形貌观察和成分分析。
二、扫描电镜带能谱技术的应用范围1.材料科学：研究材料的微观结构和成分，如金属、陶瓷、高分子等。
2.生物学：观察生物样品表面的微观结构和元素分布，如细胞、组织、化石等。
3.环境科学：研究环境样品中的元素分布和污染情况，如土壤、水体、大气等。
4.医学：用于医学诊断和病理学研究，如肿瘤检测、药物传输等。
5.其他领域：如考古学、宝石学等。
三、扫描电镜带能谱技术的优势与局限性优势：1.高分辨率：能够观察样品的微观细节，实现高精度的形貌观察。
2.元素分析：能够分析样品的元素成分，了解样品的化学性质。
3.快速检测：能够快速检测样品中的元素分布，提高检测效率。
4.无需制样：对于一些特殊样品，无需进行特殊处理即可进行观察和分析。
局限性：1.对样品形状和导电性有一定要求：对于不规则形状或导电性差的样品，可能需要特殊处理才能进行观察和分析。
2.信号干扰：由于SEM和EDS都存在一定的信号干扰因素，如电磁干扰、环境噪声等，可能会影响结果的准确性。
3.探测极限：对于一些含量较低的元素，其探测极限可能会受到限制。
4.对操作人员要求较高：需要对操作人员进行专业培训，以保证结果的准确性和可靠性。
四、扫描电镜带能谱技术的发展趋势与未来展望随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，扫描电镜带能谱技术也在不断发展。
未来，该技术将朝着以下几个方向发展：1.高分辨和高灵敏度：随着对样品观察和检测精度的要求不断提高，需要进一步提高扫描电镜和能谱系统的分辨能力和灵敏度。
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扫描电子显微镜简介
仪器型号： S-2500
生产厂家：日本日立公司
购置日期：1990年
能谱仪型号：INCA 3294
生产厂家：英国牛津仪器公司
购置日期：2000年
责任人：王英姿
日立S-2500型扫描电子显微镜分辨率达 3.5nm，放大率为20～200000倍，加速电压0.5～30kV分53阶连续可调，样品尺寸最大可到200mm，是一种十分有效的结构分析工具。
它可用于各种材料表面微观形貌的观察与分析，观测材料的物相组成，气孔的含量及分布，晶体的生长发育情况（包括晶粒大小、晶界排列等）。
配套设备包括真空离子溅射喷金喷碳仪，冷却循环水制冷机组等。
INCAX射线能谱仪是2000年5月从英国牛津仪器公司购进的，分辨率达133ev。
测量元素范围4Be-92U，最大计数率为50000cps。
该仪器与扫描电镜联机使用，具有微区的定性分析，定量分析，元素的线扫描分析，面扫描分析及粉体材料的粒度统计分布等多项功能，对于进一步确定材料的性能及组成起到了至关重要的作用。
裂纹的扩展二硼化镁晶体形貌陶瓷晶界排列
气孔分布水泥水化产物
水泥水化产物
能谱定点成分分析能谱谱图元素面分布图。