泽攸科技┃扫描电镜技术原理及应用


发布时间:

2023-12-21

扫描电镜(Scanning Electron Microscope,简称SEM)作为一种新型的多功能电子光学仪器,近几十年来在科学研究和工业应用中发挥了巨大的作用

扫描电镜(Scanning Electron Microscope,简称SEM)作为一种新型的多功能电子光学仪器,近几十年来在科学研究和工业应用中发挥了巨大的作用。其工作原理以及技术特点使其在生物学、医学、冶金学等多个学科领域都得到广泛应用,推动了相关学科的发展。

 一、扫描电镜的工作原理

1.1 扫描电镜的电子束发射与聚焦

扫描电镜通过电子枪发射出直径为50微米的电子束,在加速电压的作用下,经过磁透镜系统聚焦成直径仅为5纳米的电子束。这种小尺寸的电子束使得SEM能够观察微小结构,远远超过了光学显微镜的分辨能力。

1.2 电子束的扫描与信号获取

电子束聚焦在样品表面上,通过偏转线圈的作用,在第二聚光镜和物镜之间进行光栅状扫描。同时,探测器同步探测入射电子和样品表面散射出的电子和光子。这些散射出来的信号通过电信号放大器处理,并最终形成图像。

1.3 特殊之处

扫描电镜工作原理的特殊之处在于将来自二次电子的图像信号作为时像信号,实现一点一点的画面“动态”地形成三维的图像。由于二次电子的能量较低,其逃逸深度较小,能够提供样品表面的细节信息,使得观察者能够获得具有立体感的图像。

二、扫描电镜的技术特点

2.1 聚焦景深与分辨率

扫描电镜具有较大的聚焦景深,约为实体显微镜的50倍,分辨率优于100埃,比实体显微镜高200倍。这使得观察者能够在不同放大倍数下寻找位置,同时详细观察样品,而无需重新对焦,极大地方便了对局部和整体关系的理解。

2.2 放大倍数的连续可调性

扫描电镜放大倍数在14至100,000倍内连续可调,填补了光学显微镜和电子显微镜之间放大倍数的空白。这一特点使得观察者能够在低倍下寻找感兴趣的区域,然后在高倍下进行详细观察,而不需要重新对焦,提高了工作效率。

2.3 不破坏样品、制样方便

扫描电镜不破坏样品,适用于对敏感样品的观察,而且样品制备相对简单,大小几乎不受限制。这一特性使得扫描电镜在生物学、医学等领域中得到广泛应用。

2.4 分析功能

扫描电镜是一种有效的理化分析工具,通过它可以进行各种形式的图像观察、元素分析、晶体结构分析等。具有能谱仪、波谱仪、荧光仪等多功能的分析扫描电镜更是实现了超微结构研究和分析的多重功能,使得在一个设备上完成多种分析成为可能。

三、扫描电镜技术的应用

3.1 在木材工业中的应用

扫描电镜技术在木材工业中得到了广泛应用。发达国家如欧美及日本等通过扫描电镜技术研究木材的解剖、木材化学、木材物理及力学等性质,为树种的改良、木材改性提供了科学依据。在中国,科研人员在80年代就使用SEM 505型电镜对中国裸子植物木材的超微构造进行了研究,填补了我国在该领域的研究空白。

3.2 在选矿方面的应用

扫描电镜技术在选矿方面的应用也日益显著。通过对矿石表面的形貌和元素分布进行分析,可以更好地理解矿石的性质,为煤浮选、矿石分选等工艺提供科学依据。例如,通过扫描电镜及X射线衍射分析,可以研究黄铁矿表面氧化产物和黄铁矿表面状态对煤浮选脱硫的影响。

3.3 在纺织品文物保护中的应用

扫描电镜技术在纺织品文物保护中也发挥了

重要作用。通过对纺织品文物表面物的形态分析和元素分析,可以鉴定染料成分、分析污染物成分等,为文物保护提供科学依据。例如,对古代丝织品蛋白质纤维中的铁、铝与硫的比例进行分析,可以判断染色是否运用了媒染剂硫酸铝钾。

四、未来发展方向

扫描电镜技术在未来的发展中有着巨大的潜力。随着科技的不断进步,我们可以期待以下方面的发展:

4.1 提高分辨率

未来的扫描电镜将不断提高分辨率,以观察更精细的物质结构,甚至单个原子。

4.2 发展超高压电镜和特殊环境样品室

研制超高压电镜和特殊环境的样品室,以研究物体在自然状态下的形貌及动态性质,拓展扫描电镜的应用领域。

4.3 综合分析设备的研制

研制能对样品进行综合分析的设备,包括形态、结构和化学成分等,进一步提高扫描电镜的分析功能。

五、结论

扫描电镜技术的原理和应用已经在各个领域展现了其强大的功能和潜力。从木材工业到选矿,再到文物保护,扫描电镜的应用不断推动着相关学科的进步。未来,随着技术的不断发展,扫描电镜将继续在分析测试技术领域发挥重要作用,为各个学科的研究提供更精细的工具和更深入的了解。

泽攸科技ZEM18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系列台阶仪纳米位移台二维材料转移台探针台及低温系统光栅尺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。