掃描電子顯微鏡(已修改)
2025-08-16 16:50 本頁面
【正文】 掃描電子顯微鏡 ?引言 ?掃描電鏡結(jié)構(gòu)原理 ?掃描電鏡圖象及襯度 ?掃描電鏡結(jié)果分析示例 ?掃描電鏡的主要特點(diǎn) 返 回 首 頁 掃描電子顯微鏡的簡稱為掃描電鏡 ， 英文縮寫為 SEM (Scanning Electron Microscope)。 SEM與電子探針 （ EPMA） 的功能和結(jié)構(gòu)基本相同 ， 但 SEM一般不帶波譜儀 （ WDS） 。 它是用細(xì)聚焦的電子束轟擊樣品表面 ， 通過電子與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子 、 背散射電子等對(duì)樣品表面或斷口形貌進(jìn)行觀察和分析 。 現(xiàn)在 SEM都與能譜（ EDS） 組合 ， 可以進(jìn)行成分分析 。 所以 ，SEM也是 顯微結(jié)構(gòu)分析 的主要儀器 ， 已廣泛用于材料 、 冶金 、 礦物 、 生物學(xué)等領(lǐng)域 。 引 言 掃描電鏡結(jié)構(gòu)原理 1. 掃描電鏡的工作原理及特點(diǎn) 掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似 。 掃描電鏡成像示意圖 掃描電鏡成像示意圖 JSM6700F場發(fā)射掃描電鏡 返回 2. 掃描電鏡的主要結(jié)構(gòu) 主要包括有電子光學(xué)系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信號(hào)檢測放大系統(tǒng)、圖象顯示和記錄系統(tǒng)、電源和真空系統(tǒng)等。 透射電鏡一般是 電子光學(xué)系統(tǒng)（照明系統(tǒng)） 、 成像放大系統(tǒng) 、 電源 和 真空系統(tǒng)三大部分組成。 比 較 一束細(xì)聚焦的電子束轟擊試樣表面時(shí)，入射電子與試樣的原子核和核外電子將產(chǎn)生彈性或非彈性散射作用，并激發(fā)出反映試樣形貌、結(jié)構(gòu)和組成的各種信息，有：二次電子、背散射電子、 陰極發(fā)光、特征 X 射線、俄歇過程和俄歇電子、吸收電子、透射電子等。 樣 品 入射電子 Auger電子 陰極發(fā)光 背散射電子 二次電子 X射線 透射電子 各種信息的作用深度 從圖中可以看出，俄歇電子的穿透深度最小，一般穿透深度小于1nm， 二次電子小于 10nm。 掃描電鏡圖象及襯度 ? 二次電子像 ? 背散射電子像 二次電子 入射電子與樣品相互作用后，使樣品原子較外層電子（價(jià)帶或?qū)щ娮樱╇婋x產(chǎn)生的電子，稱二次電子 。二次電子能量比較低，習(xí)慣上把 能量小于 50eV電子統(tǒng)稱為二次電子， 僅在樣品表面5nm－ 10nm的深度 內(nèi)才能逸出表面，這是二次電子分辨率高的重要原因之一。 背散射電子與二次電子 的信號(hào)強(qiáng)度與 Z的關(guān)系 結(jié) 論 二次電子信號(hào)在原序數(shù) Z20后，其信號(hào)強(qiáng)度隨 Z變化很小。 用背散射電子像可以觀察未腐蝕樣品的拋光面元素分布或相分布，并可確定元素定性、定量分析點(diǎn) 。 1．二次電子象 二次電子象是表面形貌襯度 ， 它是利用對(duì)樣品表面形貌變化敏感的物理信號(hào)作為調(diào)節(jié)信號(hào)得到的一種象襯度 。 因?yàn)槎坞娮有盘?hào)主要來處樣品表層 5－ 10nm的深度范圍 ，它的強(qiáng)度與原子序數(shù)沒有明確的關(guān)系 ， 便對(duì)微區(qū)表面相對(duì)于入射電子束的方向卻十分敏感 ， 二次電子像分辨率比較高 ， 所以適用于顯示形貌襯度 。 注 意 在掃描電鏡中，二次電子檢測器一般是裝在入射電子束軸線垂直的方向上。 凸凹不平的樣品表面所產(chǎn)生的二次電子 ， 用二次電子探測器很容易全部被收集 ，所以二次電子圖像無陰影效應(yīng) ， 二次電子易受樣品電場和磁場影響 。 二次電子的產(chǎn)額 δ∝ K/cosθ K為常數(shù) ， θ為入射電子與樣品表面法線之間的夾角 ， θ角越大 ， 二次電子產(chǎn)額越高 ， 這表明二次電子對(duì)樣品表面狀態(tài)非常敏感 。 同學(xué)們請(qǐng)看書上 P109頁解釋的原因 形貌襯度原理 背散射電子像 背散射電子 是指入射電子與樣品相互作用 (彈性和非彈性散射 )之后 ， 再次逸出樣品表面的高能電子 ， 其能量接近于入射電子能量 ( E。 )。 背射電子的產(chǎn)額隨樣品的原子序數(shù)增大而增加 ， 所以背散射電子信號(hào)的強(qiáng)度與 樣品的化學(xué)組成 有關(guān) ， 即與組成樣品的各元素 平均原子序數(shù) 有關(guān) 。 ii i zcZ ??背散射電子的信號(hào)強(qiáng)度 I與原子序數(shù) Z的關(guān)系為 43~32ZI?式中 Z為原子序數(shù)， C為百分含量 (Wt%)。 背散射電子像 背散射電子像的形成，就是因?yàn)闃悠繁砻嫔掀骄?原子序數(shù) Z大的部位 而形成 較亮的區(qū)域 ，產(chǎn)生較強(qiáng)的背散射電子信號(hào)；而平均原子序數(shù) 較低的部位 則產(chǎn)生較少的背散射電子，在熒光屏上或照片上就是 較暗的區(qū)域 ，這樣就形成原子序數(shù)襯度。 ZrO2Al2O3SiO2系耐火材料的背散射電子成分像， 1000 ZrO2Al2O3SiO2系耐火材料的背散射電子像。由于 ZrO2相平均原子序數(shù)遠(yuǎn)高于 Al2O3相和 SiO2 相，所以圖中白色相為斜鋯石，小的白色粒狀斜鋯石與灰色莫來石混合區(qū)為莫來石－斜鋯石共析體，基體灰色相為莫來石。 玻璃不透明區(qū)域的背散射電子像 掃描電鏡結(jié)果分析示例 β — Al2O3試樣高體積密度與低體積密度的形貌像 2200 拋 光 面 斷口分析 典型的功能陶瓷沿晶斷口的二次電子像，斷裂均沿晶界發(fā)生，有晶粒拔出現(xiàn)象，晶粒表面光滑，還可以看到明顯的晶界相。 粉體形貌觀察 α — Al203團(tuán)聚體 (a)和 團(tuán)
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