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扫描电子显微镜工作原理及应用

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  扫描电子显微镜是很先进的一种电子光学仪器,它采用细聚焦高压电子束在材料样品表面扫描时激发产生的某些物理信号来调制成像,类似于电视摄影的显像方式,放大倍数远远超过普通光学显微镜,可达到几十万倍甚至更高。

扫描电子显微镜的成像原理

  扫描电子显微镜成像过程与电视成像过程有很多相似之处,扫描是指在图象上从左到右、从上到下依次对图象象元扫掠的工作过程。它与电视一样是由控制电子束偏转的电子系统来完成的,只是在结构和部件上稍有差异而已。在电子扫描中,把电子束从左到右方向的扫描运动叫做行扫描或称作水平扫描,把电子束从上到下方向的扫描运动叫做帧扫描或称作垂直扫描。

扫描电子显微镜的成像原理.jpg

  扫描电子显微镜用一束极细的电子束扫描样品,在样品表面激发出次级电子,次级电子的多少与电子束入射角有关,也就是说与样品的表面结构有关,次级电子由探测体收集,并在那里被闪烁器转变为光信号,再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度,显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象,反映了标本的表面结构。为了使标本表面发射出次级电子,标本在固定、脱水后,要喷涂上一层重金属微粒,重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。

  由电子枪发射的高能电子束,经会聚透镜、物镜缩小和聚焦,在样品表面形成一个具有一定能量、强度、斑点直径的电子束。在扫描线圈的磁场作用下,入射电子束在样品表面上按照一定的空间和时间顺序做光栅式逐点扫描。由于入射电子与样品之间的相互作用,将从样品中激发出二次电子。由于二次电子收集极的作用,可将各个方向发射的二级电子汇集起再将加速极加速射到闪烁体上,转变成光信号,经过光导管到达光电倍增管,使光信号再转变成电信号。这个电信号又经视频放大器放大并将其输送至显像管的栅极,调制显像管的亮度。因而,在荧光屏上呈现一幅亮暗程度不同的、反映样品表面形貌的二次电子象。

扫描电子显微镜的应用

  扫描电子显微镜的样品制备简单,可以实现试样从低倍到高倍的定位分析,还能够根据观察需要进行空间转动,以利于使用者对感兴趣的断裂部位进行连续、系统的观察分析,扫描电子显微断口图像因真实、清晰,并富有立体感,在金属断口和显微组织三维形态的观察研究方面获得了广泛地应用。

  1、材料分析中的应用

  由于扫描电子显微镜可用多种物理信号对材料样品进行综合分析,并具有可以直接观察较大试样、放大倍数范围宽和景深大等特点,因此,在科研、工业产品开发、质量管理及生产在线检查方面发挥着重要的作用。

  实际生产和使用中的种种复杂原因,零件断裂损坏的现象仍然不断发生,极大地影响了生产的顺利进行和使用的安全,甚至造成灾难性事故。为了提高产品质量、保证使用安全,免灾难性事故重演,人们常常借助扫描电子显微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。

  工程中使用损坏的零件断口清洗后,导电样品可直接进行观察;不导电样品(在真空喷涂仪中沉积碳、金、银等抗腐蚀和二次电子丰富的元素,保证样品具有较好的导电性,以防图像畸变。

  2、在其他领域的应用

  电子显微镜还应用在很多的领域。例如医学领域,可以对细菌,病毒处理后进行扫描电子显微镜观察其结构,进而找到克制的药物或治疗手段。

扫描电子显微镜.jpg

扫描电子显微镜发展前景

  目前扫描电子显微镜的最主要组合分析功能有:X射线显微分析系统(即能谱仪,EDS),主要用于元素的定性和定量分析,并可分析样品微区的化学成分等信息;电子背散射系统(即结晶学分析系统),主要用于晶体和矿物的研究。

  随着现代技术的发展,其他一些扫描电子显微镜组合分析功能也相继出现,例如显微热台和冷台系统,主要用于观察和分析材料在加热和冷冻过程中微观结构上的变化;拉伸台系统,主要用于观察和分析材料在受力过程中所发生的微观结构变化。扫描电子显微镜与其他设备组合而具有的新型分析功能为新材料、新工艺的探索和研究起到重要作用。


2019-03-14 17:37:37 浏览次数:251次
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    扫描电镜是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观察手段,可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。现在市面上的扫描电镜分为台式扫描电镜以及大型场发射扫描电镜等。

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