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1、2024/8/13 扫描电镜扫描电镜 SEM(Scanning Electron Microscope)2024/8/131.SEM的的发发展展历历程程2.SEM的的结结构与工作原理构与工作原理3.SEM的特点的特点5.SEM的的应应用用4.SEM的的样样品制品制备备目目录录：2024/8/13一、一、SEM的的发发展展历历程（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
2、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。2024/8/131960年，Everhart 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的的发发展展历历程（程（2）JSM-6700F场发场发射射扫扫描描电镜电镜二、二、SEM结结构与工作原理构与工作原理2024/8/13SEM结结构构由五个系统组成：(1)电子光学系统（镜筒）
3、 (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2024/8/132024/8/13SEM的工作原理概述的工作原理概述 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，通品表面，通过电过电子与子与样样品品相互作用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断口品表面或断口形貌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入射电子束
4、与样品的作用试样试样 吸收电子吸收电子 萤光萤光 (化学结合状态化学结合状态) (形貌形貌成份成份) 背散射电子背散射电子 特征特征X线线 (元素元素) 入射电子束入射电子束 (0.230kV)二次电子二次电子(试样的表面形貌试样的表面形貌) 俄歇电子（元素）俄歇电子（元素）透射电子2024/8/132024/8/131 1、背散射电子、背散射电子背散射电子背散射电子是被固体样品中的原子反弹是被固体样品中的原子反弹回来的一部分入射电子。回来的一部分入射电子。弹性背散射电于弹性背散射电于是指被样品中是指被样品中原子核原子核反反弹回来的，散射角大于弹回来的，散射角大于9090度的那些入射度的那些入
5、射电子，其能量没有损失。电子，其能量没有损失。非弹性背散射电子非弹性背散射电子是入射电子和样品是入射电子和样品核核外电子外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅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果逸出样品表面，就形成非弹性背散射电子。电子。可进行微区成分定性分析可进行微区成分定性分析2 2、二次电子、二次电子二次电子二次电子是指在入射电子束作用下被是指在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的轰击出来并离开样品表面的样品的核样品的核外层电子外层电子。二次电子的二次电子的能量较低能量较低，一般都不超过，一
6、般都不超过50 ev50 ev。大多数二次电子只带有几个电。大多数二次电子只带有几个电子伏的能量。子伏的能量。二次电子一般都是在二次电子一般都是在表层表层5-10 nm5-10 nm深度深度范围内发射出来的，它对样品的范围内发射出来的，它对样品的表面表面形貌十分敏感形貌十分敏感，因此，因此，能非常有效地能非常有效地显示样品的表面形貌。显示样品的表面形貌。不能进行微区成分分析不能进行微区成分分析电子枪发射的电子束电子枪发射的电子束经过经过2-32-3个电磁透镜聚焦个电磁透镜聚焦信号强度随样品表面特征而变。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，它们分别被相应的收集器接受，经放大器
7、按顺序、成比例地放经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管大后，送到显像管。 在样品表面按顺序逐行在样品表面按顺序逐行扫描，激发样品产生各种物理信扫描，激发样品产生各种物理信号号: :二次电子、背散射电子、吸二次电子、背散射电子、吸收电子等。收电子等。电子的收集和成像原理电子的收集和成像原理2024/8/13电子的收集和成像原理电子的收集和成像原理2024/8/13三、三、SEM的特点的特点高分辨率。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
8、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）。2024/8/13五、五、SEM样样品制品制备备l样品制备特点：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：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
9、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2024/8/13SEM样样品制品制备备技技术术2024/8/13六、六、SEM的的应应用用无机材料制备工程无机材料制备工程1材料和冶金工业材料和冶金工业2晶体生长晶体生长3生物材料观察生物材料观察42024/8/130.88PMN-0.12PT透明陶瓷的断面SEM照片SEM在在无机材料制备上的无机材料制备上的应应用用2024/8/13SEM在材料和冶金工在材料和冶金工业业的的应应用用应用范围很广，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2024/8/13SEM观观察生物察生物样样本本独居蜂幼虫哥布林蜘蛛撒克逊黄蜂的颚齿2024/8/132024/8/13谢谢观看
