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掃描電子顯微鏡(SEM) 是一種介于透射電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種觀察手段。其利用聚焦的很窄的高能電子束來掃描樣品, 通過光束與物質(zhì)間的相互作用, 來激發(fā)各種物理信息, 對這些信息收集、放大、再成像以達到對物質(zhì)微觀形貌表征的目的。新式的掃描電子顯微鏡的分辨率可以達到1nm;放大倍數(shù)可以達到30萬倍及以上連續(xù)可調(diào);并且景深大, 視野大, 成像立體效果好。此外, 掃描電子顯微鏡和其他分析儀器相結(jié)合, 可以做到觀察微觀形貌的同時進行物質(zhì)微區(qū)成分分析。掃描電子顯微鏡在巖土、石墨、陶瓷及納米材料等的研究上有廣泛應(yīng)用。因此掃描電子顯微鏡在科學(xué)研究領(lǐng)域具有大的作用。
掃描電子顯微鏡類型多樣, 不同類型的掃描電子顯微鏡存在性能上的差異。根據(jù)電子槍種類可分為三種:場發(fā)射電子槍、鎢絲槍和六硼化鑭 。其中, 場發(fā)射掃描電子顯微鏡根據(jù)光源性能可分為冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡和熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡。冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡對真空條件要求高, 束流不穩(wěn)定, 發(fā)射體使用壽命短, 需要定時對針尖進行清洗, 僅局限于單一的圖像觀察, 應(yīng)用范圍有限;而熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡不僅連續(xù)工作時間長, 還能與多種附件搭配實現(xiàn)綜合分析。在地質(zhì)領(lǐng)域中, 我們不僅需要對樣品進行初步形貌觀察, 還需要結(jié)合分析儀對樣品的其它性質(zhì)進行分析, 所以熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡的應(yīng)用更為廣泛。
掃描電子顯微鏡基本原理
掃描電子顯微鏡電子槍發(fā)射出的電子束經(jīng)過聚焦后匯聚成點光源;點光源在加速電壓下形成高能電子束;高能電子束經(jīng)由兩個電磁透鏡被聚焦成直徑微小的光點, 在透過*后一級帶有掃描線圈的電磁透鏡后, 電子束以光柵狀掃描的方式逐點轟擊到樣品表面, 同時激發(fā)出不同深度的電子信號。此時, 電子信號會被樣品上方不同信號接收器的探頭接收, 通過放大器同步傳送到電腦顯示屏, 形成實時成像記錄 (圖a) 。由入射電子轟擊樣品表面激發(fā)出來的電子信號有:俄歇電子 (Au E) 、二次電子 (SE) 、背散射電子 (BSE) 、X射線 (特征X射線、連續(xù)X射線) 、陰極熒光 (CL) 、吸收電子 (AE) 和透射電子(圖b) 。每種電子信號的用途因作用深度而異。
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