扫描电子显微技术全解共57页
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第六章 扫描电子显微术-PPT文档资料
Comparison of electron guns
V0:Accelerating voltage V1: Extraction voltage
Theory of Scanning Electron Microscope
In-Lens Type (S-5200)
SE Detector
Primary Beam Lens
Development of a new UHR Obj. Lens
S-5200 S-5000H S-5000 30kV 0.5 nm 0.6 nm 0.6 nm
1kV 1.8 nm 2.5 nm 3.5 nm
New S-4800 FE-SEM
Resolution: 1.0nm 15kV 1.4nm 1kV
B lack an d W h ite
M agn ification
~× 1K
~× 1000K
F ield of V iew
S p ecim en P rep aration S p ecim en S ize
L arge E asy L arge
S m all C om p licated
S m all
Primary Electron Beam
Secondary Electrons
Carrying Inner Information
Of Specimen
Specimen
３)In-lens type
Primary Electron Beam Objective Lens
BSE Detectoe
＋
e
Ｍ
＋
(1.0Pa～270Pa） － － － － － －
Non Conductive
X射线显微分析与扫描电子显微技术PP课件
四.基质校正：
X线强度与元素浓度以复杂的关系依赖于 样品成分。试样中元素的浓度可由下式计算： C=C’(F/F ）。F与F 分别为试样与标样的射 线强度。
主要组成部分
一.探针形成系统。 二.X射线谱仪。 三.样品台。 四,光学显微镜。 五.扫描系统与真空系 统。
• 扫描电子显微镜 (SEM)
电子探针分析是靠电子轰击试样引起特 征X线的发射的。为了使入射电子的能量超 过某一壳层的“临界激发能量”，探针一 般使用10~30kv的加速电压。
电子轰击的电力效率很低，因为入射电 子的大部分能量在与束缚较弱的外层电子 的相互作用中消耗了，但是电子束每秒产 生的电子数目非常大，所以仍然可以获得 足够的X射线强度。
试样必须防，防止
抛光磨料进入分析材料中而引进杂质。
如果是颗粒样品，只需把它们附载在样品 台上。
应用领域
电子探针分析是微束分析中的常规技术之一，它 几乎能应用在所有涉及固体材料研究的各个领域。 如在地学、冶金、材料、陶瓷、电子、国防、机 械、化工、法医、生物工程、环境工程、刑事侦 破、宝石和古董鉴定等方面都得到广泛的应用。 在地学方面已成为矿物学、岩石学、矿床学及有 关学科的重要研究工具，为地质研究和矿产综合 评价与综合利用提供了重要的研究数据和资料。 同时在研究新材料等方面也发挥着重要的作用。
几个概念的简介
一.俄歇效应 在一个内层被电离后，可能并不发射X射
线光子，而是接着发生非辐射的跃迁。在 后一种情况下，跃迁时所释放的能量是用 来把另一个电子从原子中逐出，这就是所 谓的“俄歇效应”。
• 二.荧光产额：
• “荧光产额”（ω）是产生辐射跃迁的 几率，即某一特定壳层的电离中能产生特 征X线发射的电离所占的分数。它与电离的 方法无关。
X线强度与元素浓度以复杂的关系依赖于 样品成分。试样中元素的浓度可由下式计算： C=C’(F/F ）。F与F 分别为试样与标样的射 线强度。
主要组成部分
一.探针形成系统。 二.X射线谱仪。 三.样品台。 四,光学显微镜。 五.扫描系统与真空系 统。
• 扫描电子显微镜 (SEM)
电子探针分析是靠电子轰击试样引起特 征X线的发射的。为了使入射电子的能量超 过某一壳层的“临界激发能量”，探针一 般使用10~30kv的加速电压。
电子轰击的电力效率很低，因为入射电 子的大部分能量在与束缚较弱的外层电子 的相互作用中消耗了，但是电子束每秒产 生的电子数目非常大，所以仍然可以获得 足够的X射线强度。
试样必须防，防止
抛光磨料进入分析材料中而引进杂质。
如果是颗粒样品，只需把它们附载在样品 台上。
应用领域
电子探针分析是微束分析中的常规技术之一，它 几乎能应用在所有涉及固体材料研究的各个领域。 如在地学、冶金、材料、陶瓷、电子、国防、机 械、化工、法医、生物工程、环境工程、刑事侦 破、宝石和古董鉴定等方面都得到广泛的应用。 在地学方面已成为矿物学、岩石学、矿床学及有 关学科的重要研究工具，为地质研究和矿产综合 评价与综合利用提供了重要的研究数据和资料。 同时在研究新材料等方面也发挥着重要的作用。
几个概念的简介
一.俄歇效应 在一个内层被电离后，可能并不发射X射
线光子，而是接着发生非辐射的跃迁。在 后一种情况下，跃迁时所释放的能量是用 来把另一个电子从原子中逐出，这就是所 谓的“俄歇效应”。
• 二.荧光产额：
• “荧光产额”（ω）是产生辐射跃迁的 几率，即某一特定壳层的电离中能产生特 征X线发射的电离所占的分数。它与电离的 方法无关。
扫描电子显微技术全解57页PPT
扫描电子显微技术全解
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
第二章第6节扫描电子显微分析
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第二章第6节扫描电子显微分析
• 下图给出ZnO-Bi2O3陶瓷试样烧结自然表面的面分布分析 结果，可以看出Bi在晶界上有严重偏聚。
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• ZnO-Bi2O3陶瓷烧结表面的面分布成分分析 (a)形貌像；(b)Bi元素的X射线面分布像
第二章第6节扫描电子显微分析
Preparation of nanotube-shaped TiO2 powder
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第二章第6节扫描电子显微分析
ZnO
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第二章第6节扫描电子显微分析
水泥浆体断口
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第二章第6节扫描电子显微分析
第二节 电子探针X射线显微分析（EPMA）
• EPMA的构造与SEM大体相似，只是增加了接收记录X射线的 谱仪。
• EPMA使用的X射线谱仪有波谱仪和能谱仪两类。
11Na～92U，20世纪80年代后推向市场的新型窗口材料可使
能谱仪能够分析Be以上的轻元素，探测元素的范围为
4Be～92U。
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第二章第6节扫描电子显微分析
•(2)灵敏度高
•
X射线收集立体角大。由于能谱仪中Si(Li)探头可
以放在离发射源很近的地方(10㎝左右)，无需经过晶体衍
射，信号强度几乎没有损失，所以灵敏度高。此外，能谱
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第二章第6节扫描电子显微分析1．电子光学系统• 组成：电子枪、电磁聚光镜、光栏、样品室等； • 作用：获得扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的
激发源。
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第二章第6节扫描电子显微分析
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图10-2 电子光学系统示意图
电子显微技术--扫描电子显微镜
第五章电子显微技术第一节扫描电子显微镜（SEM）一、扫描电镜的结构和基本原理扫描电镜是利用细聚焦的电子束，在样品表面逐点扫描，用探测器收集在电子束作图5-1 KYKY-1000B扫描电镜外貌图用下，样品中产生的电子信号，把信号转换成图像的仪器。
扫描电镜的结构分为电子光学系统，信号收集、图像显示和记录系统，真空系统。
图5-1、图5-2为扫描电镜外型图和主机构造示意图。
（一）光学系统这部分主要由电子枪，电磁透镜，扫描线圈，样品室组成，电子枪提供一个稳定的电子源，形成电子束，一般使用钨丝阴极电子枪，用直径约为0.1mm的钨丝，弯成发夹形，形成半径约为100µm的V型尖端，当灯丝电流通过时，灯丝被加热，达到工图5-2扫描电镜主机结构作温度后便发射电子，在阴极和阳极间加有高压，这些电子则向阳极加速运动，形成电子束。
电子束在高压电场作用下，被加速通过阳极轴心孔进入电磁透镜系统。
该系统由聚光镜和物镜组成，其作用是依靠透镜的电磁场与运动电子相互作用使电子束聚焦将电子枪发射的电子束约10~50µm,压缩成5~20nm，缩小约1/10000。
聚光镜可以改变入射到样品上电子束流的大小，物镜决定电子束束斑的直径。
电子光学系统中存在球差，色差，象散，影响最终图象的质量。
球差的产生是远离光轴轨迹上运动的电子比近轴电子受到的聚焦作用更强。
克服的方法是在电子光学的光轴中加三级固定光阑挡住发散的电子束，光阑通常采用厚度为0﹒05mm的钼片制作，物镜产生的象散器提供一个与物镜不均匀磁场相反的校正磁场，使物镜最终形成一个对称磁场，产生一束细聚焦的电子束。
扫描系统主要包括扫描发生器，扫描线圈和放大倍率变换器，扫描发生器由X扫描发生器和Y扫描发生器组成，产生不同频率的锯齿波信号同步地送入镜筒中的扫描线圈和显示系统CRT中的扫描线圈上。
镜筒的扫描线圈分上、下双偏转扫描装置。
其作用是使电子束正好落在物镜光阑孔中心，并在样品上进行光栅扫描。
扫描电子显微分析.ppt
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
得清晰图像的深度范围。当一束微细的电子束照射在表 面粗糙的试样上时，由于电子束有一定发散度，发散半 角为β，除了焦平面处，电子束将展宽，设可获得清晰 图像的束斑直径为d，由图中几何关系可得：
Dtdg
d
若d的大小相当于荧能 光屏上
区分的最小距离d时M， 0即 .2mm，则
D 0.2
M
3.5 扫描电子显微分析
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
•当试样表面倾角增大时，作用体积改 变，且显著增加发射系数。 •背散射电子在试样上方有一定的角分 布。垂直入射时为余弦分布： η(φ)=η0cosφ
当试样表面倾角增大时，由于电子 有向前散射的倾向，峰值前移。因 此电子探测器必须放在适当的位置 才能探测到较高强度的电子信号。
系： δ(θ)=δ0/cosθ （4）二次电子在试样上方的角分布也服从余弦分布，
但与背散射电子不同的是二次电子在试样倾斜时仍为 余弦分布，见图2-83。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
表2-6 二次电子发射系数
元素 能量 10keV 30keV 50keV
铝
0.40 0.10 0.05
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
得清晰图像的深度范围。当一束微细的电子束照射在表 面粗糙的试样上时，由于电子束有一定发散度，发散半 角为β，除了焦平面处，电子束将展宽，设可获得清晰 图像的束斑直径为d，由图中几何关系可得：
Dtdg
d
若d的大小相当于荧能 光屏上
区分的最小距离d时M， 0即 .2mm，则
D 0.2
M
3.5 扫描电子显微分析
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
•当试样表面倾角增大时，作用体积改 变，且显著增加发射系数。 •背散射电子在试样上方有一定的角分 布。垂直入射时为余弦分布： η(φ)=η0cosφ
当试样表面倾角增大时，由于电子 有向前散射的倾向，峰值前移。因 此电子探测器必须放在适当的位置 才能探测到较高强度的电子信号。
系： δ(θ)=δ0/cosθ （4）二次电子在试样上方的角分布也服从余弦分布，
但与背散射电子不同的是二次电子在试样倾斜时仍为 余弦分布，见图2-83。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
表2-6 二次电子发射系数
元素 能量 10keV 30keV 50keV
铝
0.40 0.10 0.05
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
扫描电子显微镜PPT课件
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扫描电子显微镜
引言 扫描电镜结构原理 扫描电镜图象及衬度 扫描电镜结果分析示例 扫描电镜的主要特点
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引言
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（EPMA）的功能和结构基本相同，但SEM 一般不带波谱仪（WDS）。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形貌进行 观察和分析。现在SEM都与能谱（EDS）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，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等 领域。
入射电子与试样相互作用后，能量耗尽的电子称吸收 电子。吸收电子的信号强度与背散射电子的信号强度相 反，即背散射电子的信号强度弱，则吸收电子的强度就 强，反之亦然，所以吸收电子像的衬度与背散射电子像 的衬度相反。通常吸收电子像分辨率不如背散射电子像， 一般很少用。
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各种信息的作用深度
从图中可以看出， 俄歇电子的穿透 深度最小，一般 穿透深度小于 1nm，二次电子 小于10nm。
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特征X射线能级图
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俄歇过程和俄歇电子
当一束电子﹑离子﹑光子或者其它入射源照射在固体 表层时,表层原子某一芯层K 能级上的一个电子受入射粒子 撞击后飞离该能级，原子由基态进入受激状态。 原子的退 激过程包含着下述一种非辐射过程(见图7.1)。即:由不在同 一芯层L 能级上的一个电子跃迁，去填补受激后在K 层初次 产生的空穴；多余的能量诱发能级等同或低于填补电子原 来所在L能级上的另一个电子发射。原子处于退激后的状态。 这种非辐射过程被命名为俄歇过程。退激过程发射的电子 就是俄歇电子。
扫描电子显微技术全解
40～80h
3.1.2 六硼化镧阴极
（1） 六硼化镧的结构
Байду номын сангаас
它是一种化合物，其中镧原子包含在硼原 子所形成的晶格中。当六硼化镧被加热时， 镧原子能够自由的扩散，通过硼的晶格空 隙去填补表面因蒸发而失去的材料。镧的 作用使六硼化镧有低的功函数。
（2）六硼化镧的优点
2 2 A 40 A / cm K 时，已测量出多晶六硼化 当 c
2.
电源和真空系统
场发射电子枪 (1) 电子光学系统
电磁透镜 光栅和样品室
机械泵
(2) 真 空 系 统
扩散泵 真空管道
阀门（另外还有以液态氮冷却的 冷阱，可以控制样品室的真空度）
高压电源 (3) 电源系统 透镜电流 电子枪电源 真空系统电源
扫描线圈 (4) 扫描系统 扫描信号发生器 放大控制器 相应电子线路
镧的功函数约为 2.4eV。这意味着工作温度约为 1500K时就能获得与普通钨灯丝相同的电流密度。 因而它具有如下优点： （a）、蒸发速率下降，因此与寿命短的发夹式 钨灯丝相比，可预期六硼化镧灯丝工作寿命长。 （b）、从Langmuir公式可以看到这两种电子源如 果阴极电流密度和加速电压相同，但分别工作在 1500K和3000K下，那么，1500K的六硼化镧的亮 度将是3000K的钨灯丝亮度的两倍。
收集器
(5) 信号探测系统 闪烁体光电倍增管 前置放大器
(6) 显示系统
观察用（为了便于调焦，采用尽 可能快的扫描速度） 记录用（为了得到分辨率高的图 像，采用慢的扫描速度）
3.电子枪
3.1 热发射
电子枪提供一个稳定的电子源，以形成电子束。 通常依靠所谓热发射过程从电子源获得这些电子。 在该过程中，足够高的温度使一定百分比的电子 具有充分的能量以克服阴极材料的功函数而从电 子源跑出。
现代材料分析方法扫描电子显微镜PPT课件
2021/7/26
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二、放大倍数及有效放大倍数
• 扫描电镜的放大倍数M取决于显象管荧光屏尺寸S2 和入射束在试样表面扫描距离S1之比，即：
M＝S2／S1
由于荧光屏尺寸S2是固定的，因此其放大倍数的变 化是通过改变电子束在试样表面扫描距离S1来实现 的。一般放大倍数在20～20万倍之间，且连续可调。
俄歇电子1 nm (0.5-2 nm)
二次电子5-50 nm
背散射电子50-500 nm
X射线0.1-1μm
• 上述信息，可以采用不同的检测仪器，将其转变为放大的电信号，并在显象管荧 光屏上或X－Y记录仪上显示出来，这就是扫描电镜的功能。
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第二节 扫描电镜结构和原理
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二、二次电子
• 二次电子是被入射电子轰击出来的核外电子，它来自于样品表面100Å左右(50~500Å)区域，能量为0～ 50eV，二次电子产额随原子序数的变化不明显，主要决定于表面形貌，因此能非常有效地显示样品的表面 形貌。
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4 样品室
• 样品室中最主要部件之一是样品台，它应该能够容纳大的试样（>100mm），还要能进行三维空间的移动、 倾斜（90－100度）和转动（360度），活动范围很大，又要精度高、振动小。样品台的运动可以用手动操 作，也可用计算机控制，目前样品台在三维空间的移动精度已达到1微米。
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0.5~10 300~1000 300~1000 100~1000
5~10
发射深度(nm) 5~50
扫描电子显微镜 2资料57页PPT
扫描电子显微镜 2资料
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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扫描电子显微技术全解
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
1、最灵繁的人也看不见自己的有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
1、最灵繁的人也看不见自己的有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根