掃描電子顯微鏡的工作原理及應用

發布時間:2021-07-13發布部門:中央實驗室

對于材料科學、電子、地質、物理、化工、農醫、公安、食品和輕工等領域的科學研究,人們總是關心微觀形態、晶體結構和化學組成與宏觀物理或化學性質之間的關系。光學顯微系統已難以滿足需要。電子顯微系統的出現,使分辨率提高到納米領域,并具有多功能的綜合分析能力,為微觀領域的深入研究提供了強有力的手段。以下主要從掃描電子顯微鏡的工作原理和應用的角度認識掃描電子顯微鏡。

微信圖片_20210713141711.jpg

掃描電子顯微鏡設備圖

一、掃描電子顯微鏡工作原理[1]

(1)掃描

電子槍產生的高能電子束入射到樣品的某個部位時,在相互作用區內發生彈性散射和非彈性散射事件,從而產生背散射電子、二次電子、吸收電子、特征和連續譜X射線、俄歇電子、陰極熒光等各種有用的信號,利用合適的探測器檢測這些信號大小,就能夠確定樣品在該電子入射部位內的某些性質,例如微區形貌或成分等。為了研究樣品上更多部位的特征,必須利用掃描系統移動入射電子到樣品上的不同位置。

(2)成像

掃描電鏡的成像是靠掃描作用實現的。掃描發生器同時控制高能電子束和熒光屏中的電子束“同步掃描”,當電子束在樣品上進行柵格掃描時,在熒光屏上也以相同的方式同步掃描,因此“樣品空間”上的一系列點就與“顯示空間”逐點對應。換言之,樣品上電子束的各個位置與熒光屏上的各點確立了嚴格的對應關系。樣品表面被電子束掃描,激發出各種物理信號,其強度與樣品的表面特征有關,這些信號通過探測器按順序、成比例地轉為視頻信號,經過放大,用來調制熒光屏對應點的電子束強度,即光點的亮度,這就形成了掃描電鏡的圖像。而圖像上強度的變化反映出樣品的特性。掃描電鏡成像雖然不同光鏡和透射電鏡那樣直接由物體發出的光線或電子束成像,這種成像過程如同利用信號探測器作為攝像機,對樣品表面逐點拍攝,把各點產生的信號轉換到熒光屏上成像。

熒光屏上的圖像實際上是由一系列灰度不同的亮點組成,這個亮點稱為像素(Pixle)。像素點數越多,則圖像的分辨率越高。

微信圖片_20210713141716.jpg

電子光學鏡筒

二、主要用途及適用范圍[2]

掃描電鏡可應用于陶瓷材料分析、金屬材料失效分析。在石油、地質、礦物領域,電子、半導體領域,醫學、生物學領域,化工、高分子材料領域,公安刑偵工作領域,以及農、林業等方面都有廣泛應用。

掃描電鏡可進行顯微形貌分析,如果配備了其它分析儀器也可進行成分的常規微區分析,包括元素定量、定性成分分析。進行顯微形貌分析時,空間分辨率可達亞微米級;能夠進行晶界的狀態測量,或者晶體/晶粒的相鑒定,以及晶體、晶粒取向測量等;進行微區成分分析時,能夠通過快速的多元素面掃描和線掃描進行分布測量。

在現代產業化生產和科學研究中,掃描電鏡發展成為材料分析、監控工農業生產、保證產品質量、保障大生產流程安全高效的必要手段;同時在生物、環保、醫學等有關人類的生存、發展領域的應用也日新月異;在軍事現代高科技方面的發展(例如生物武器、化學武器戰爭、現場毒物檢測、生命保障任務等)發揮了巨大的作用。

參考文獻

[[1]]張大同. 掃描電鏡與能譜儀分析技術[M].華南理工大學出版社, 2009.

[[2]]KYKY-EM6200型掃描電子顯微鏡產品說明書.


亚洲一区无码精品色