扫描电子显微镜在生产生活中的应用资料

研究生课程论文

《扫描电子显微镜在生产生活中的应用》

课程名称xxx

姓名xxx

学号xxx

专业机械制造及自动化

任课教师xxx

开课时间xxx

课程论文提交时间：2016 年 6 月27 日

扫描电子显微镜在生产生活中的应用

作者：xxx

学院：xxx年级：xxx学号：xxx

摘要：扫描电子显微镜是迄今为止，在物质结构的研究中能给出的信息最多，分辨本领最高的大型分析仪器。电镜已经在物理学,材料科学和生命科学等领域得到了广泛的应用。本文从扫描电子显微镜在人体形态学、刑事案件侦查技术、纺织品检测、粒度分析、纳米材料研究、植物分类学及矿物加工等领域中的应用，来探讨扫描电镜的应用前景。

关键词：物质结构；扫描电镜；粒度分析；应用前景

1 前言

电镜的产生要追溯到19世纪末的一系列科学发现。当时Abbe建立了显微镜分辨率的

理论,即认为用显微镜看不到比显微镜的光源波长还小的物体。从这个理论出发,人们意识

到用光学显微镜看不到原子。不过从另一方面看,Abbe的理论也指出了,如果能找到一个比

光波波长还短的光源,就能提高显微镜的分辨率。1924年是近代科学史上的新纪元。德布

罗意提出了波粒二重性的假说,并很快的为电子衍射的发现所证实。德国的布什又开创了电

磁透镜的理论。具备了上述两个条件,使人们产生了制作一个新型显微镜的想法,即用具有

波动性的电子做光源,再用电磁透镜来放大。1932年德国的Knon和Ruska制成了第一台电镜。1934年他们又把电镜的分辨率提高到500人,这是近代电镜的先导。Ruksa也因此得到

了1986年度诺贝尔物理奖的一半。1939年德国的西门子公司制造出第一台商品电镜。现在,一般的电镜的分辨率已达到原子分辨率的水平(2人)。已经使道尔顿和阿伏加德罗提出

的原子和分子的理论得到了直接的证实。今后的电镜,作为大型分析设备,除了提高分辨本

领之外,还要向操作自动化,多功能化方向发展,成为功能齐全,使用操作简单,给出的数据

可靠的大型仪器。我们可以看到,在众多种类的显微镜家族中,透射电镜(TEM)是最佳的一种。

2 扫描电镜的基本原理与结构

2.1 基本原理

扫描电子显微镜 (SEM) 的原理是利用细聚焦电子束在固体样品表面逐点扫描, 激发出二次电子、背散射电子、X 射线等信号, 经放大后在阴极射线管上产生反映样品表面形貌的图像[1]。

2.2 电镜的结构

图1给出了电镜的电子光学部分的剖面图，包括以下几个部分：

电子枪—产生和加速电子。由灯丝系统和加速管两部分组成；

照明系统—聚焦电子使之成为有一定强度的电子束，由两级聚光镜组合而成；

样品室—样品台，交换、倾斜和移动样品的装置；

成像系统—像的形成和放大。由物镜、中间镜和投影镜组成的三级放大系统。调节物镜电流可改变样品的离焦量。调节中间镜电流可改变整个系统的放大倍数；

观察室—观察像的空间，由荧光屏组成；

照相室—记录像的地方。

图1 电镜的电子光学部分的剖面图

3 扫描电镜的应用

3.1 扫描电镜在人体学中的应用

人体解剖学的分科包括有巨视解剖学和微视解剖学。前者通过肉眼观察人体的形态结构，分为系统解剖学和局部解剖学; 后者用显微镜观察学习，分为组织学、细胞学和胚胎学、形态科学形成了大体解剖学、显微解剖学和超微结构解剖学5 个阶段从肉眼下的形态结构观测光镜下的微细形态结构到电子显微镜下的超微形态结构，从宏观到微观即人体系统器官组织细胞、亚细胞结构、分子、亚分子和原子，微观超微形态结构实验课的教学都离不开电子

显微镜的使用，显示组织学和病理学实验内容，阅读全身各种正常组织和细胞的电镜图片，以判断异常组织结构，形态学实验室所包括的课程内容各院校略有所差异，或多或少，对医学形态学的描述及分类不完全统一，但是，都以其直观形象和具体化易理解为特点。人体形态学实验包括人体解剖学、组织胚胎学、病理学，集中在显微形态学实验中心和人体形态学实验中心上实验课，达到了人体的结构从正常到病理，从宏观到微观的统一，学生可以依次观察到人体各系统器官结构、显微结构和病理结构( 光镜和电镜) ，容易形成一个比较系统和形象的知识体系。

扫描电镜的在人体学中的应用例如用胰岛素样生长基因转染大鼠骨髓基质细胞，将这种细胞与新型的支架材料鸵鸟钙磷陶瓷骨复合，观察细胞生长状态，细胞不断分裂增殖，分泌大量细胞外基质，没有影响细胞的正常生理功能，将这种三维立体模型用于牙周组织工程，有望取得较为理想的效果。在组织工程神经支架内生长良好，形态正常，并伸出伪足与管壁粘连紧密，该支架对骨髓间充质干细胞具有良好的细胞亲合性，骨髓间充质干细胞是骨髓中的一种具有多向分化潜能的干细胞，实验证实它具有促进周围神经轴突生长的作用，并且自体骨髓间充质干细胞易于获得。

3.2 扫描电镜在刑事案件技术检测中的应用

刑事案件中的爆炸案件能否侦破关键在于在现场能否找到与犯罪相关的物证，并通过检验为破案提供信息。但是，由于爆炸会对现场造成巨大破坏#其他刑事案件中常见的指纹、足迹等与人相关的物证已很少存在。因此，爆炸残留物的提取和检验在爆炸案件侦破中具有十分重要的意义。利用扫描电子显微镜/能谱仪结合射线衍射仪对爆炸残留物进行形态观察和元素分析!可以有效地确定炸药的成分、种类特点，进而给侦查提供方向，为破案提供证据。

2010年10月21日，北京市东城区东直门外46号天恒大厦停车场发生一起爆炸案，10

月27日将犯罪分子雷某抓获。经现场提取的检材用扫描电子显微镜和X射线衍射仪进行检验，确定该爆炸案使用的炸药为烟火药（检出钾、钡、氯、硫、铝见图2）。并且与嫌疑人暂住地草地边提取的爆竹残段内烟火药成分相同（高氯酸钾、硝酸钡、硫、铝、见图3）爆炸残留物的快速检验及准确定性为案件的最终侦破提供了强有力的技术支持[2]。