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1、 扫描电镜 SEM Scanning Electron Microscope 1 SEM的发发展历历程 2 SEM的结结构与工作原理 3 SEM的特点 5 SEM的应应用 4 SEM的样样品制备备 目录录 一 SEM的发发展历历程 1 1924年 法国科学家De Broglie证明任何粒子在高速运动时都 会发射一定波长的电磁辐射 1926年 德国科学家Garbor和Busch发现用铁壳封闭的铜线圈 对电子流能折射聚焦 即可以作为电子束的透镜 1935年 Knoll提出了扫描电镜的设计思想并制成了扫描电镜 的原始模型 1942年 剑桥大学的马伦成功地制造世界第一台扫描电镜 1960年 Everh
2、art 和 Thornley 发明二次电子侦测器 1965年 第一部商用SEM出现 Cambridge 1958年 在长春中国科学院光学精密机械研究所生产了第一台 中型电镜 1975年 中国科学院北京科学仪器厂成功试制了第一台DX 3型 扫描电镜 分辨率为10nm 填补了我国扫描电镜的空白 SEM的发发展历历程 2 JSM 6700F场发场发 射扫扫描电镜电镜 二 SEM结结构与工作原理 SEM结结构 由五个系统组成 1 电子光学系统 镜筒 2 扫描系统 3 信号收集和图像显示系统 4 真空系统 5 电源系统 SEM的工作原理概述 SEM是以细细聚焦的聚焦的电电子束子束轰击样轰击样 品表面 通
3、 品表面 通过电过电 子与子与样样 品相互作用品相互作用产产生的二次生的二次电电子 背散射子 背散射电电子等子等对样对样 品表面或品表面或 断口形貌断口形貌进进行行观观察和分析察和分析 现在SEM都与能谱EDS Energy Dispersive Spectrdmeter 组合 可以进行成分分析 SEM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 入射电子束与样品的作用 试样 吸收电子 萤光 化学结合状态 形貌 成份 背散射电子 特征X线 元素 入射电子束 0 2 30kV 二次电子 试样的表面形貌 俄歇电子 元素 透射电子 1 背散射电子 背散射电子是被固体样品中的原
4、子反弹 回来的一部分入射电子 弹性背散射电于是指被样品中原子核反 弹回来的 散射角大于90度的那些入射 电子 其能量没有损失 非弹性背散射电子是入射电子和样品核 外电子撞击后产生的非弹性散射 不仅 方向改变 能量也不同程度的损失 如 果逸出样品表面 就形成非弹性背散射 电子 可进行微区成分定性分析 2 二次电子 二次电子是指在入射电子束作用下被 轰击出来并离开样品表面的样品的核 外层电子 二次电子的能量较低 一般都不超过 50 ev 大多数二次电子只带有几个电 子伏的能量 二次电子一般都是在表层5 10 nm深度 范围内发射出来的 它对样品的表面 形貌十分敏感 因此 能非常有效地 显示样品的表
5、面形貌 不能进行微区成分分析 电子枪发射的电子束 经过2 3个电磁透镜聚焦 信号强度随样品表面特征而变 它们分别被相应的收集器接 受 经放大器按顺序 成比例 地放大后 送到显像管 在样品表面按顺序逐行 扫描 激发样品产生各种物理信 号 二次电子 背散射电子 吸 收电子等 电子的收集和成像原理 电子的收集和成像原理 三 SEM的特点 高分辨率 由于超高真空技术的发展 场发射电子枪的应用得到普及 现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1纳米左右 放大倍数变化范围大 从几倍到几十万倍 且连续可调 有很大的景深 视野大 成像富有立体感 可直接观察各种试样凹凸 不平表面的细微结构 试样制备简单 且可使图像更
6、近于试样的真实状态 配有X射线能谱仪 EDS 装置 这样可以同时进行显微组织形貌的 观察和微区元素成分分析 装上不同类型的试样台和检测器可以直接观察处于不同环境 加热 冷却 拉伸等 中的试样显 微结构形态的动态变 化过程 动态观 察 五 SEM样样品制备备 l样品制备特点 1 可以观察大尺度的样品 从毫米到厘米尺寸的样品都可以观察 2 成块样品不用制成超薄切片 样品制备方法要简单得多 3 特别适合于细胞表面和组织表面特征信息的研究 l样品制备准则 1 尽可能保持样品本来的形貌和结构 2 在样品的干燥过程尽可能减少样品变形 3 样品表面应有良好导电性能和二次电子发射率 SEM样样品制备备技术术 六 SEM的应应用 无机材料制备工程 1 材料和冶金工业 2 晶体生长 3 生物材料观察 4 0 88PMN 0 12PT透明陶瓷的断面SEM照片 SEM在无机材料制备上的应应用 SEM在材料和冶金工业业的应应用 应用范围很广 包括断裂失效分析 产品缺陷原因分析 镀层结 构和厚 度分析 涂料层次与厚度分析 材料表面磨损和腐蚀分析 耐火材料的 结构与蚀损分析等等 材料拉伸测试 SEM观观察生物样样本 独居蜂幼虫哥布林蜘蛛 撒克逊黄蜂的颚齿 谢谢观看
