掃描電子顯微鏡是金屬科研工作中應(yīng)用最廣泛的“神器”。可以說(shuō)，幾乎每一個(gè)研究生都把自己最重要的科研經(jīng)歷花在了身上。今天的我們就來(lái)介紹一下掃描電鏡的原理和應(yīng)用。

電子顯微鏡利用電子產(chǎn)生圖像，類似于光學(xué)顯微鏡利用可見(jiàn)光成像。因?yàn)殡娮拥牟ㄩL(zhǎng)比光的波長(zhǎng)小得多，所以電子顯微鏡的分辨率比光學(xué)顯微鏡高。

掃描電子顯微鏡（SEM），簡(jiǎn)稱掃描電子顯微鏡，已成為一種功能強(qiáng)大、用途廣泛的材料表征工具，廣泛應(yīng)用于材料、冶金、礦產(chǎn)、生物等領(lǐng)域。

掃描電鏡的主要組成部分有：電子光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)采集與處理系統(tǒng)、圖像顯示與記錄系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電源及控制系統(tǒng)等。

它用細(xì)聚焦電子束轟擊樣品表面，通過(guò)產(chǎn)生二次電子、背散射電子等對(duì)樣品表面或斷口形貌進(jìn)行觀察和分析。通過(guò)電子和樣品之間的相互作用。

在掃描電鏡中，電子束以網(wǎng)格模式掃描樣品。首先，電子槍在鏡筒頂部產(chǎn)生電子。當(dāng)電子的熱能超過(guò)源材料的功函數(shù)時(shí)，它們被釋放，并以高速向帶正電荷的陽(yáng)極加速。整個(gè)電子透鏡管必須處于真空狀態(tài)。

像電子顯微鏡的所有組件一樣，電子槍被密封在一個(gè)特殊的真空室中，以防止污染、震動(dòng)和噪音。除了保護(hù)電子槍免受污染，真空環(huán)境有利于獲得高分辨率的圖像。

如果不是真空環(huán)境，鏡筒中可能有其他原子和分子，與電子相互作用，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而降低圖像質(zhì)量。高真空環(huán)境也提高了鏡筒內(nèi)探測(cè)器的電子收集效率。

樣品和電子之間的相互作用可以產(chǎn)生許多不同類型的電子、光子或輻射。在掃描電子顯微鏡中，用于成像的兩種電子是背散射電子和二次電子。

二次電子是核外電子，由于入射電子的“碰撞”而獲得能量，并從樣品表面逃逸。它們的主要特點(diǎn)是：

(1)能量小于50eV，更容易被探測(cè)器前端的電場(chǎng)所吸引，所以陰影效應(yīng)較弱。

(2)只有樣品表面很淺（約10nm）的部分激發(fā)出的二次電子才能逃出樣品表面,因此二次電子像具有較高的分辨力。

(3)二次電子的產(chǎn)額主要取決于樣品表面的局部斜率，因此二次電子像主要是一個(gè)形貌像。

可以被看作是由許多細(xì)節(jié)，如凸尖，步驟，和凹坑組成的表面具有不同程度的傾斜。這些細(xì)節(jié)的不同部分發(fā)射不同數(shù)量的二次電子，從而產(chǎn)生對(duì)比度。

二次電子像分辨率高，無(wú)明顯陰影，景深大，立體感強(qiáng)。是掃描電子顯微鏡的主要成像方法，特別適用于粗糙樣品表面的形態(tài)觀察。

審核編輯 黃宇