台式扫描电镜与落地式扫描电镜详细对比


发布时间:

2023-12-14

随着材料科学和微纳技术的快速发展,扫描电子显微镜已成为研究微观结构的一种重要工具。根据外形体积的不同,扫描电镜可以分为两大类:落地式扫描电镜和台式扫描电镜。本文将从探测器、易操作性、安装环境和价格等多个方面对两者进行比较。

随着材料科学和微纳技术的快速发展,扫描电子显微镜已成为研究微观结构的一种重要工具。根据外形体积的不同,扫描电镜可以分为两大类:落地式扫描电镜和台式扫描电镜。本文将从探测器、易操作性、安装环境和价格等多个方面对两者进行比较。

一、发展历史

扫描电子显微镜技术起源于20世纪30年代,经过近一个世纪的发展,已成为材料结构表征的重要工具。早期的扫描电镜体积庞大,被称为落地式扫描电镜。20世纪80年代起,随着科学技术的进步,各大仪器公司开始研发体积更小的台式扫描电镜。进入21世纪后,台式扫描电镜得到了长足发展,性能不断提升,已经可以满足大多数材料研究的需要。

二、工作原理概述  

扫描电镜的工作原理是利用聚焦的电子束扫描样品表面,检测从样品发出的二次电子或反射电子,再结合检测信号反构样品的表面形貌或组成分布。二者的根本工作原理没有区别,主要差异在具体实现方式和检测性能上。  

三、探测器比较

1. 二次电子图像

二次电子主要反映样品表面的形貌信息。落地式扫描电镜的二次电子影像分辨率一般优于100nm,台式设备目前也可以达到辉映率10nm的高分辨率。

2. 反射电子图像  

反射电子更多反映样品的组成对比信息。二者在反射电子影像性能方面没有本质差异。

3. X射线析象  

利用样品特征X射线的分布情况可以分析不同元素的空间分布情况。台式设备一般需要外接能谱仪才能实现元素分析。而落地式设备中很多具备了内置EDX能谱系统。

4. 衍射和光电子成像 

这些都是一些可选的附加成像技术。一般只有大型落地式扫描电镜提供这些功能选项,台式设备很少具备。

5.分析型探测器

例如WDS、CL、XRF等主要用于精确化学分析,仅在大型落地式设备上可选配。台式设备因尺寸限制很难集成这些分析探测器。

6. 电子背散射散射差分(EBSD)

这是研究材料晶体结构和取向的重要技术。高端台式和落地式设备多已具备该功能。

四、分辨率比较  

作为一个重要的结构特征指标,分辨率直接决定了设备的适用范围。落地式扫描电镜的理论最高分辨率可以达到亚纳米量级,但实际工作电压一般较高,实际分辨率在2-5nm。台式设备的分辨率也在不断提高,泽攸科技ZEM台式扫描电镜目前最高可以达到5nm。

五、易操作性比较  

1. 控制界面 

落地式扫描电镜的控制界面复杂多样,要掌握好操作需要长时间训练。台式设备由于尺寸限制,界面被设计得简单化,通过触摸屏实现功能选择,操作更人性化。  

2. 样品装填

台式设备具备样品快速负载机构,操作方便,落地式设备通常需要手动装样,费时费力。

3. 成像参数选择  

落地式扫描电镜成像参数种类繁多,优化复杂。台式设备的参数种类相对固定且经过优化,一般情况下用户不需要调整太多参数。

4. 后处理  

落地式扫描电镜的图像后处理功能更为丰富完整,用户可以根据需要选择不同的处理方法。台式设备中的后处理功能则相对简单化。

5. 维护水平

台式扫描电镜的维护难度较低,很容易实现操作人员的自主维护。而落地式设备维护复杂,一般需要厂家派出专业维修工程师进行系统调试与故障排查。  

六、安装环境比较

1. 空间大小

台式设备占地面积较小,一般实验室就可以安装使用;落地设备单机体积很大,通常需要独立的机房。  

2. 基础设施要求  

落地式扫描电镜对安装环境要求较高,需要专门的防震防磁间;台式设备抗扰性更强,可以安装在普通实验环境。

3. 移动灵活性  

台式设备可以通过添加移动车架等轻松实现灵活移动;落地设备位置固定,移动极为不便。

七、经费预算比较  

1. 设备购置成本  

相比之下,同等性能水平的台式设备价格约为落地式设备的1/3到1/2。 

2. 运行成本

考虑到操作和维护的简便性,台式设备的后续运行成本也较低。

3. 维护费用  

台式设备维修简单,维修周期长,无须定期更换昂贵部件;落地设备维护复杂,维修支持费用较高。

4. 改造费用

台式设备可以直接使用普通实验室,无须额外改造投入;落地设备需要专门机房,改造费用较高。

5. 专业人员需求  

台式设备易操作易维护,无须配置专职技术人员;落地设备操作复杂,需要专业技术人员长期驻守。

八、应用范围比较  

1. 常规形貌与成分分析

在常见的材料和部件形貌、组分分析应用中,台式扫描电镜完全可以满足需要。  

2. 新材料与新结构研发 

在新材料的开发与新结构的研究中,落地式扫描电镜的高分辨率成像和丰富的析象模式可以发挥更大优势。

3. 精确定量分析  

需要对材料化学成分进行精确定量分析时,只有落地式设备可以选配各种专业分析探测器实现。

综上,台式扫描电镜在成本效益、易操作性和移动灵活性方面具有明显优势。它已经可以满足大部分常规材料表征应用的需要。而如果有复杂结构的解析,或者对组分分析有较高精度要求,则需要选用功能更齐全的落地式扫描电镜。

泽攸科技ZEM20台式扫描电镜

安徽泽攸科技有限公司是一家具有完全自主知识产权的科学仪器公司, 自20世纪90年代开始投入电镜及相关附件研发以来,研发团队一直致力于为纳米科学研究提供卓越的仪器。目前,公司有包括PicoFemto系列原位TEM测量系统原位SEM测量系统ZEM系列台式扫描电镜JS系列台阶仪等在类的多个产品线,在国内外均获得了高度关注,填补了国家在高端精密仪器领域的诸多空白。