扫描电镜工作原理

扫描电子显微镜 (SEM) 利用聚焦的高能电子束生成样品的高清放大二维图像。为此目的,电子束被引导到固体样品表面的选定部分上。光束的电子与样品之间的相互作用导致产生各种信号。这些信号被记录和进一步处理以产生数字格式的图像。它可用于揭示样品的内部结构、样品的外部纹理、物质的化学成分以及构成样品的元素的取向和排列等信息。扫描电子显微镜最早由德国研究人员、应用物理学家和发明家曼弗雷德·冯·阿登于 1937 年制造。扫描电子显微镜的放大倍率通常在 20X 到大约 30,000X 的范围内。扫描电子显微镜的空间分辨率范围为 50 至 100 nm。

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扫描电子显微镜的工作 

扫描电子显微镜的工作通常取决于反射电子撞击样品表面后的检测。扫描电子显微镜的主要元件是电子源。通常,在大多数扫描电子显微镜中,加热的钨丝用作电子源。在这里,热量倾向于为电子提供更多能量,从而将它们引导到特定方向并产生单个聚焦电子束。阳极或带正电的电极板存在于电子源和电容器之间。阳极的主要目的是将电子偏转并使其排列成一条细而单一的直线。这是因为电子上带有负电荷,而阳极板带正电荷。扫描线圈和物镜位于聚光器下方。源产生的电子束通过聚光镜、扫描线圈和物镜。当电子束中包含的电子撞击样品时,它们会随机反射并在各个方向上散射。这被称为电子逃逸,它帮助用户建立散射和保留电子数量之间的关系。由于电子-样品相互作用和电子逃逸而产生的信号被检测器检测到。检测器还连接到传感器。样品通常由凹凸和凹谷组成。当电子撞击样品的凸块区域时,更多的电子倾向于逃逸,而当电子撞击山谷时,相对较少的电子设法反射和逃逸。

扫描电子显微镜的工作

扫描电子显微镜的应用 

扫描电子显微镜被用作许多领域的分析工具,包括生物学、制药业、制造业、物理实验室等等。扫描电子显微镜的一些主要用途如下:

1. 扫描电子显微镜广泛用于能量色散X射线光谱仪进行点化学分析。

2. 主要用于生物实验室,在细胞水平上研究微生物的内部结构。

3. 扫描电子显微镜在工业上有多种应用。例如,它可以用来研究固体物体的表面,分析原子在各种元素中的分布。

4. 美容师使用扫描电子显微镜来分析微小化妆品成分的细节。

5. 制造业使用扫描电子显微镜来寻找制成品中的污染物和杂质。

6.各行业的质量控制部门使用扫描电子显微镜来确定特定物质的纯度。例如,制药行业使用它们对药物、药品和其他产品进行好坏测试。

7. 扫描电子显微镜也用于元素的定性化学分析,通过提供清晰放大的晶体结构图像。

8. 扫描电子显微镜在纳米技术等相关领域具有相当优势。它可以提供尺寸超过 50nm 的物体的精确测量和详细图像。

9. 可用于区分多相样品的不同相。

10. 部分扫描电子显微镜配备有衍射背散射电子探测器,有助于检查和确定物质的显微结构和晶体取向。

11. 扫描电子显微镜通常用于生成物体的高清图像,这些图像可以显示化合物的空间变化。

12. 当需要对样品上的选择点位置进行分析时,通常首选扫描电子显微镜。

13. 一般用于医学领域,观察细菌与皮肤和身体器官的相互作用。这有助于医生确定细菌性疾病的性质并找到治疗方法。

扫描电子显微镜的优点 

与其他显微镜相比,扫描电子显微镜非常具有优势。下面列出了其中一些优点:

1. 扫描电子显微镜用户友好且易于使用。

2. 他们可以产生和生成数字格式的结果。

3. 扫描电镜可以快速得出结果,即在几分钟内即可获得数据。

4. 扫描电子显微镜需要最少的样品制备。

5、扫描电镜的分辨率显着提高。

扫描电子显微镜的缺点 

扫描电子显微镜有一定的局限性和缺点。其中一些如下:

1、扫描电镜比较贵。

2. 有些显微镜在使用前必须满足某些特殊条件。例如,房间必须没有振动和电磁辐射。

3. 扫描电子显微镜结构庞大。

4. 扫描电子显微镜的正常操作必须保持一致的电压电平。这可能需要额外的电子电路或电压调节器来将电压幅度固定为恒定值。

5. 此类显微镜应安装冷却系统。

6. 样品应该足够小以适合显微镜的腔室。样品的水平尺寸不应超过 10 厘米,而垂直尺寸受到更多限制,必须小于 40 毫米。

7. 使用扫描电子显微镜检查的样品必须是固体。湿样不适合,需要先爆破。

8、扫描电镜不能用于氢、氦、锂等轻质材料。

9. 为了借助扫描电子显微镜研究绝缘体样品,需要在其表面涂上导电涂层。但是,如果设备能够在低真空模式下工作,则可以忽略不计。

10. 无法借助扫描电子显微镜扫描活体样本。

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