开题报告

毕业论文开题报告

一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）

1.扫描电子显微镜的介绍

1.1扫描电镜的发展

在1935年扫描电镜的设计思想就已被提出,1942年在美国RCA实验室第一台用来做检测样品的扫描电镜制成，其分辨率为1微米。刚开始因受到各种技术条件的限制,研究进展一直不快。后来各项基础技术逐渐有了很好的进展，扫描电镜具备的潜能开始受到商业重视，并于1965年在英国诞生了第一台实用化的商品仪器。随后，荷兰、美国、西德、日本也相继研制出各种型号的扫描电镜,中国则在20世纪70年代生产出了第一台扫描电镜。早期扫描电镜主要是在尽量提高电镜的分辨率,80年代末,扫描电镜的二次电子像分辨率均已达到4.5nm。各厂家也采取了一系列措施来提高分辨率，采用钨灯丝电子枪扫描电镜的分辨率最高可以达到3.5nm，采用场发射电子枪扫描电镜的分辨率可达1nm。1990年,通过采用计算机技术实现了计算机控制和信息的处理，全面进入了数字图像扫描电镜时代。

1.2扫描电镜的原理

扫描电子显微镜可以简称为SEM（Scanning Electron Microscope），它的工作原理是由电子光学系统中的电子枪发射电子，电子在电场的作用下加速。被加速的电子在电磁透镜的聚焦作用下形成最小直径可达到1-10nm的电子束。聚焦为极细的电子束后打到样品表面并且与其发生相互作用。电子束激发试样产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等各种物理信号，最后把这些信号强弱随样品表面特征不同而改变的特征信号成比例的转换为视频信号。扫描电子显微镜成像一般有两种成像方式，分别是二次电子成像以及背散射电子成像，它们主要是根据二次电子和背散射电子等特征信号来成像的。经过信号检测和放大系统的处理，我们可以在荧光屏上看到试样的扫描电子显微镜图像，这些图像可清楚地反映出一些我们所需要的表面形貌。

1.3扫描电镜的性能特点

与传统光学显微镜相比，扫描电子显微镜有很多优良的性能特点。例如放大倍数范围大，扫描电子显微镜的放大倍数从几倍到80万倍连续可调，既可以在低放大倍数下

观察全貌，也可以在高放大倍率下进行样品细节的观察。扫描电镜分辨率较高，检测信号的类型不同时，成像分辨率也不同，二次电子的分辨率为5-10，背散射电子为50-200，吸收电子为100-1000，特征X射线为100-1000，俄歇电子为5-10。分辨率是是评断扫描电子显微镜的性能是否优良的指标。此外，扫描电镜的场深大，与光学显微镜相比扫描电子显微镜中的电子束打在试样上，通过扫描可以在荧光屏上看到更加清晰的图像。扫描电子显微镜的场深比光学显微镜约大100倍，致使最后的成像更富立体感。

在观察如断口，断面等表面粗糙或者凹凸不平的试样时，则可选用成像更立体的扫描电镜来观察。此外扫描电镜的保真度较好，进行扫描电镜扫描的样品为了能更真实的反应试样的状态，通常可以直接观察而不用做任何处理。这样能更准确的观测到样品的本来面貌忽略制样的时候产生的虚假现象。它是浓缩了电子光学技术，真空技术，精细机械结构和现代计算机控制技术的一个复杂系统。

2.扫描电镜的应用

扫描电镜作为一种有效的显微结构分析工具，可以对各种材料进行多种形式的表面形貌的观察与分析，也可以对块状和粉末颗粒的断口进行分析。由于扫描电子显微镜具有分辨率高、景深大、成像富有立体感等优点,所以利用扫描电镜的图像研究法来分析显微结构，其内容丰富、方法直观。因此随着现代生活对新型建材等方面的需求不断增长，扫描电镜显微测试技术也越来越受到科研人员的重视,其在材料科学、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等领域中的应用也日益广泛。

2.1扫描电镜在水泥中的应用

目前，采用SEM对硬化后水化产物的研究比较成熟且应用也非常广泛，在水泥材料中存在着多种相、孔隙以及多个组分，成分结构十分复杂。在扫描图片上可观测孔隙大小、水化产物、C-S-H凝胶等微观形貌。通过看其粒径大小，是否均匀以及致密性好坏判断水泥性能是否优良。较高强度的硬化水泥中常能看到交织在一起的纤维状，六方板状，棱柱状等形状的水化产物，而强度较低的水泥中则常能看到立方体或者接近球状的多面体水化物，由微观形貌可推断出水泥的强度等特性。着重观察其水化产物，从水化产物的数量、种类和晶粒生长情况等方面可推出水泥特性，从而扫描电镜测试技术可应用于水泥生产工艺中。

2.2扫描电镜在玻璃中的应用

随着扫描电镜测试技术的发展，其在玻璃材料中的应用也逐渐成熟，用扫描电子显微镜观察玻璃试样的微观形貌，宏观上看起来透明均匀地玻璃在微观上却表现出不均匀，即存在分相。研究分析玻璃体内的气孔、玻璃分相、玻璃微晶化等各种缺陷。玻璃的组成、结构和性质三者之间相互联系，要想获得需要的物理化学性质可改变玻璃的组成或者采取某些物理化学方法。扫描电镜对于了解玻璃组成、工艺条件对玻璃中的相变现象是有效的，可用来指导玻璃的制造工艺。

2.3扫描电镜在陶瓷中的应用

扫描电子显微镜对陶瓷原料的研究概况，观察和分析原料的矿物结构形态及颗粒的大小、形状、均匀程度,其对于陶瓷的性能有着较大的影响，这也是陶瓷学者们研究的重要课题之一。此外，扫描电子显微镜可以清楚地反映和记录一些微观特征，通过观测陶瓷扫描图片中存在微孔，来判断分析陶瓷结构致密性，一定的显微结构又确定和反映出陶瓷性能的优劣。显微结构中晶相、玻璃相、气孔的分布状况（形状、大小、数量）以及晶粒的取向、晶粒的均匀度和杂质分布情况等直接影响和决定了陶瓷的物理化学性质，并以此作为改进瓷胎配方、指导生产和合理控制工艺过程的科学依据。陶瓷生产的工艺条件、显微结构与制品的性能三者具有紧密的相互关系研究陶瓷的显微结构，可以推断工艺条件的变化。

3.本次课题选题的目的和意义

主要通过比较水泥、玻璃、陶瓷样品的扫描电子显微镜图，通过观察微观形貌分析显微结构的特点，从微观形貌结构分析宏观特性，并根据图片的信息对实际生产起到一定的指导作用。得出三种物质在显微结构的异同点，并可以初步根据微观结构的异同得出三种物质宏观性质的变化；通过多次使用扫描电镜来进一步掌握对扫描电镜的使用。通过查阅文献资料，结合已有的相关研究，结合实验过程中用电子扫描显微镜来对有不同样品进行观察，得出相应的结论。不同类型样品的制样手段和分析方法不同，可以根据不同的需求调整相应的实验方法来获得所需要的扫面电镜图片信息，并根据图片的信息对实际生产起到一定的指导作用。

参考文献：