扫描电镜(SEM)知识大全

2023-04-06
铄思百检测

扫描电镜(SEM)是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段,可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。

一、扫描电镜的优点有:

①有较高的放大倍数,20-20万倍之间连续可调;

②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;

③试样制备简单。

是当今十分有用的科学研究仪器。


扫描电镜结构图


二、扫描电子显微镜的原理:

由电子枪发出的电子束在电场的作用下加速,经过三个透镜聚焦成直径为5nm或更细的电子束。该电子束在样品表面进行逐行扫描,激发样品产生出各种物理信号。信号探测器收集这些并按顺序、成比例地转换为视频信号。通过对其中某种信号的捡测,视频放大和信号处理,最终在显示屏上获得能反映样品表面特征的扫描图象。


三、扫描电镜的应用范围


1、金属、陶瓷、矿物、水泥、半导体、纸张、塑料、食品、农作物和化工产品的显微形貌、晶体结构和相组织的观察与分析。
2、各种材料微区化学成分的定量检测。
3、粉末、微粒、纳米样品形态观察和粒度测定。
4、机械零件与工业产品的失效分析。
5、镀层厚度、成分与质量评定。
6、刑侦案件物证分析与鉴定。
7、新材料性质的测定和评价。
8、在生物、医学和农业等领域也有广泛的应用


在材料领域的具体应用:
a)材料表面形貌的观察
通过扫描电子显微镜我们可以观察材料的表面形貌。
b)断口形貌的观察
通过扫描电子显微镜我们可以进行材料的断口形貌的观察,借助扫描电镜分析断口的破坏特征、零件内部的结构及缺陷 ,从而判断零件损坏的原因。如图三所示,从复合改性碳纤维/HA复合材料断口的扫描电镜照片可以看到碳纤维表面的涂层具有独特的多孔结构, 还可观察到碳纤维在复合材料弯曲受力时的纤维脱粘、 拔出和断裂痕迹。
c)微区化学成分分析

在样品的处理过程中,有时需要提供包括形貌、成分、晶体结构或位向在内的丰富资料,以便能够更全面、客观地进行判断分析。为此,相继出现了扫描电子显微镜电子探针多种分析功能的组合型仪器。扫描电子显微镜如配有X射线能谱(EDS)和X射线波谱成分分析等电子探针附件,可分析样品微区的化学成分等信息。

四、扫描电镜的特点

l .扫描电镜分辨率高:人眼分辨率为:0.2mm;传统扫描电镜分辨率为:3nm;场发射扫描电镜分辨率为:1nm
2.放大倍率宽:放大倍率可从几倍到几十万倍,扫描电镜的放大倍率M=L/ιL是荧光屏的长度,ι 是样品实际扫描的长度
3.图像景深好:放大几千倍图像的景深为几十微米,放大几万倍图像景深为几微米,立体感好,形态逼真。景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。SEM的景深取决于初级束的孔径角和束径。
4.样品制备简单:块状样品、粉末状样品、纤维状样品、生物样品、薄膜样品等等均可观察。有些样品需要做导电处理,防止 荷电现象。

5.综合分析能力强:扫描电镜的样品室较大,可选用多种附件,对样品进行综合分析。如:背散射附件(BSE)、能谱附件(EDS)、波谱附件(WDS)、阴极荧光附件(CL)、背散射电子衍射花样附件(EBSD)、拉伸台、加热台、冷台、扫描透射附件、四探针等等。能获取样品的形貌、成分及分布、晶体结构、物性等信息

五、扫描电子显微镜样品的要求及制备

1、扫描电子显微镜样品的要求


a)粉体需5mg左右;块体长宽高需小于10mm

b)液态或粘稠样品务必烘干,如电子束照射下流动变形,则无法拍摄;


2、制样流程:

1、块体:直接用导电胶粘在样品台上测试,若需拍块体/薄膜截面,需明确截面制备方法,一般可以提供剪刀裁剪和液氮脆断两种方式;

2、液体:用移液枪取样品超声后的悬浊液,滴一滴于硅片或锡纸上,自然风干/红外灯烘干,烘干后将硅片或锡纸用导电胶粘在样品台上测试;

3、粉末:(1)直接用导电胶粘在样品台上测试;(2)乙醇分散制样:取少量样品于离心管中,加入 一定量无水乙醇(或水),室温超声 5- 10min,随后采用 2 中液体的制样方式制样测试。