常規(guī)掃描電子顯微鏡的特點(diǎn)和發(fā)展

常規(guī)掃描電子顯微鏡的特點(diǎn)和發(fā)展一、本文概述本文旨在全面探討常規(guī)掃描電子顯微鏡（SEM）的特點(diǎn)及其發(fā)展歷程。掃描電子顯微鏡作為一種重要的分析技術(shù)，已在材料科學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用。本文將首先介紹掃描電子顯微鏡的基本原理和構(gòu)造，然后詳細(xì)闡述其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用范圍，包括高分辨率成像、樣品制備簡(jiǎn)單、多元素分析等。隨后，本文將回顧掃描電子顯微鏡的發(fā)展歷程，從早期的技術(shù)瓶頸到現(xiàn)代的先進(jìn)設(shè)備，以及其在科技進(jìn)步中扮演的重要角色。本文還將展望掃描電子顯微鏡的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，包括更高分辨率、更快速度和更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)本文的闡述，讀者將能夠深入了解掃描電子顯微鏡的特點(diǎn)和發(fā)展，以及其在科學(xué)研究和技術(shù)進(jìn)步中的重要作用。二、常規(guī)掃描電子顯微鏡的特點(diǎn)常規(guī)掃描電子顯微鏡（SEM）是一種廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的重要分析工具。其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：高分辨率：SEM能夠提供高分辨率的圖像，使得研究者能夠觀察到納米級(jí)別的微觀結(jié)構(gòu)。這使得SEM在材料表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)以及微觀組織分析方面具有很高的實(shí)用價(jià)值。大景深：與光學(xué)顯微鏡相比，SEM具有更大的景深，可以在三維空間中獲取樣品的表面形貌信息。這使得SEM在觀察復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)時(shí)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。樣品制備簡(jiǎn)單：相對(duì)于透射電子顯微鏡（TEM），SEM的樣品制備過(guò)程較為簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行薄片制備，從而降低了操作難度和成本。多功能性：SEM可以配備多種探測(cè)器，如能量散射光譜儀（EDS）、波譜儀（WDS）等，以實(shí)現(xiàn)形貌、成分和晶體結(jié)構(gòu)的同時(shí)分析。這種多功能性使得SEM成為一種強(qiáng)大的綜合分析工具。動(dòng)態(tài)范圍寬：SEM不僅可以觀察靜態(tài)的樣品形貌，還可以通過(guò)配備特殊附件，如加熱臺(tái)、拉伸臺(tái)等，來(lái)研究材料在不同條件下的動(dòng)態(tài)行為。然而，盡管SEM具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些局限性，如對(duì)于不導(dǎo)電或?qū)щ娦圆畹臉悠沸枰M(jìn)行特殊處理，以及在高能電子束作用下，某些材料可能會(huì)發(fā)生表面效應(yīng)等。因此，在使用SEM時(shí)，需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求和樣品性質(zhì)，選擇合適的操作條件和參數(shù)。三、常規(guī)掃描電子顯微鏡的發(fā)展自20世紀(jì)60年代掃描電子顯微鏡（SEM）誕生以來(lái)，它已經(jīng)成為材料科學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等眾多領(lǐng)域的重要分析工具。隨著科技的不斷進(jìn)步，常規(guī)掃描電子顯微鏡也在持續(xù)發(fā)展，其性能和應(yīng)用范圍得到了顯著提升。在硬件方面，掃描電子顯微鏡的分辨率和穩(wěn)定性不斷提高。高分辨率SEM的出現(xiàn)，使得研究者能夠觀察到更小、更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)改進(jìn)電子槍和鏡筒設(shè)計(jì)，提高了電子束的穩(wěn)定性和聚焦能力，從而提高了圖像的清晰度。在軟件方面，掃描電子顯微鏡的數(shù)據(jù)處理和分析能力也在逐步增強(qiáng)。現(xiàn)代化的SEM通常配備有強(qiáng)大的圖像處理和分析軟件，可以對(duì)圖像進(jìn)行多種復(fù)雜的操作，如三維重建、元素分析、表面形貌分析等。這些軟件不僅提高了圖像的質(zhì)量，還使得研究者能夠從圖像中獲取更多的信息。在應(yīng)用方面，掃描電子顯微鏡也在不斷拓寬其應(yīng)用范圍。除了傳統(tǒng)的材料科學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域，SEM還被廣泛應(yīng)用于納米技術(shù)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等新興領(lǐng)域。例如，在納米材料研究中，SEM可以用來(lái)觀察納米顆粒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)；在能源科學(xué)中，SEM可以用來(lái)研究太陽(yáng)能電池、燃料電池等新型能源材料的微觀結(jié)構(gòu)；在環(huán)境科學(xué)中，SEM可以用來(lái)分析污染物的形態(tài)和分布。未來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，常規(guī)掃描電子顯微鏡還將繼續(xù)發(fā)展。一方面，隨著新型探測(cè)器和電子光學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，SEM的分辨率和性能將得到進(jìn)一步提升；另一方面，隨著和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，SEM的數(shù)據(jù)處理和分析能力也將得到顯著增強(qiáng)。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，常規(guī)掃描電子顯微鏡將在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。四、挑戰(zhàn)與展望隨著科技的不斷發(fā)展，常規(guī)掃描電子顯微鏡（SEM）在材料科學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。然而，SEM技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。盡管SEM的分辨率已經(jīng)達(dá)到了納米級(jí)別，但在某些特定情況下，如對(duì)于超薄、超輕的材料或者生物樣本，其分辨率和成像質(zhì)量仍難以滿足研究需求。因此，如何進(jìn)一步提高SEM的分辨率和成像質(zhì)量，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。樣品制備是SEM實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響到最終的成像效果。然而，許多樣品（如生物組織、高分子材料等）的制備過(guò)程復(fù)雜且耗時(shí)，且易對(duì)樣品造成損傷。因此，開發(fā)更加簡(jiǎn)便、高效的樣品制備方法，是SEM技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)。隨著三維重構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越希望能夠通過(guò)SEM技術(shù)獲得樣品的三維結(jié)構(gòu)信息。然而，現(xiàn)有的SEM技術(shù)大多只能提供二維圖像，需要通過(guò)復(fù)雜的算法進(jìn)行三維重構(gòu)。因此，如何直接將SEM與三維重構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正的三維成像，是未來(lái)SEM技術(shù)發(fā)展的重要方向。未來(lái)，SEM技術(shù)有望與其他先進(jìn)技術(shù)（如透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡等）相融合，形成多模態(tài)成像技術(shù)，從而提供更加全面、深入的樣品信息。隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，SEM技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的圖像分析和處理。目前，SEM已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，SEM有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，SEM有望用于研究和診斷納米藥物在體內(nèi)的分布和作用機(jī)制；在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，SEM可用于研究污染物在微觀尺度上的分布和轉(zhuǎn)化過(guò)程等。隨著納米科學(xué)和微納加工技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)SEM儀器有望實(shí)現(xiàn)更加小型化、便攜化和普及化。這將使得更多的研究機(jī)構(gòu)和個(gè)人能夠接觸到SEM技術(shù)，推動(dòng)其在科研、教學(xué)和生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。常規(guī)掃描電子顯微鏡作為一種重要的科研工具，在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。面對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，我們需要不斷研究和改進(jìn)SEM技術(shù)，推動(dòng)其在更高層次、更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。五、結(jié)論隨著科技的不斷發(fā)展，常規(guī)掃描電子顯微鏡（SEM）在材料科學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其高分辨率、高放大倍數(shù)、直觀的三維形貌觀察等特點(diǎn)，使得SEM成為了現(xiàn)代科學(xué)研究的重要工具。然而，常規(guī)SEM仍然存在一些局限性，如樣品制備復(fù)雜、電子束對(duì)樣品的損傷等。近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，常規(guī)SEM也在不斷發(fā)展和改進(jìn)。一方面，新型探測(cè)器、高性能電子光學(xué)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的引入，使得SEM的分辨率和成像質(zhì)量得到了顯著提高。另一方面，研究者們也在不斷探索新的樣品制備方法，以減少電子束對(duì)樣品的損傷，提高SEM的觀察效果。未來(lái)，常規(guī)SEM有望在以下幾個(gè)方面取得更大的突破：一是進(jìn)一步提高分辨率和成像質(zhì)量，以更好地滿足科研工作的需求；二是發(fā)展更加簡(jiǎn)便、快捷的樣品制備方法，減少研究者的工作量；三是拓展應(yīng)用領(lǐng)域，將SEM技術(shù)應(yīng)用于更多領(lǐng)域的研究中。常規(guī)掃描電子顯微鏡作為一種重要的科學(xué)研究工具，其特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)值得我們持續(xù)關(guān)注和研究。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，相信SEM將在未來(lái)的科學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用。參考資料：掃描電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope，簡(jiǎn)稱SEM）是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中最重要的分析工具之一。它利用高能電子束掃描樣品表面，產(chǎn)生多種相互作用，從而獲得樣品的形貌、成分、晶體結(jié)構(gòu)等信息。本文將探討常規(guī)掃描電子顯微鏡的特點(diǎn)及其發(fā)展。高分辨率和高放大倍數(shù)：常規(guī)掃描電子顯微鏡的分辨率通常優(yōu)于光學(xué)顯微鏡，可以達(dá)到納米級(jí)別。同時(shí)，其放大倍數(shù)范圍廣泛，可以從幾百倍到幾萬(wàn)倍。樣品制備簡(jiǎn)單：對(duì)于大多數(shù)固體樣品，只需要將樣品固定在掃描臺(tái)上即可，不需要特別復(fù)雜的制備過(guò)程。三維成像能力：常規(guī)掃描電子顯微鏡可以通過(guò)配備相應(yīng)的軟件和硬件，實(shí)現(xiàn)樣品的立體成像。能夠進(jìn)行元素分析和射線分析：一些常規(guī)掃描電子顯微鏡配備有能譜儀（EDS）和波譜儀（WDS），可以對(duì)樣品進(jìn)行元素分析和射線分析。不斷提高的分辨率和放大倍數(shù)：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，常規(guī)掃描電子顯微鏡的分辨率和放大倍數(shù)也在不斷提高。例如，采用新型的電子光學(xué)系統(tǒng)和高性能的探測(cè)器，可以獲得更高的分辨率和放大倍數(shù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掃描：近年來(lái)，常規(guī)掃描電子顯微鏡開始具備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掃描的功能，這使得用戶可以實(shí)時(shí)觀察樣品的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。高場(chǎng)強(qiáng)掃描電子顯微鏡：高場(chǎng)強(qiáng)掃描電子顯微鏡（HighFieldSEM）是一種新型的掃描電子顯微鏡，它可以在較低的工作電壓下獲得高分辨率的圖像。配備自動(dòng)化和人工智能技術(shù)：現(xiàn)代常規(guī)掃描電子顯微鏡通常配備了自動(dòng)化和人工智能技術(shù)，這使得用戶可以更方便地使用和操作該儀器。例如，自動(dòng)聚焦功能、自動(dòng)掃描功能以及自動(dòng)圖像處理等。向多功能方向發(fā)展：一些常規(guī)掃描電子顯微鏡開始具備射線能譜分析（EDS）和波譜分析（WDS）等功能，這使得用戶可以在同一臺(tái)儀器上同時(shí)進(jìn)行形貌分析和元素分析。常規(guī)掃描電子顯微鏡以其高分辨率和高放大倍數(shù)、樣品制備簡(jiǎn)單、三維成像能力、能夠進(jìn)行元素分析和射線分析等特點(diǎn)，成為了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可或缺的分析工具。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，常規(guī)掃描電子顯微鏡的分辨率和放大倍數(shù)將不斷提高，將具有更多的功能和應(yīng)用范圍。未來(lái)，常規(guī)掃描電子顯微鏡有望進(jìn)一步向多功能、高分辨率、自動(dòng)化和化方向發(fā)展，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。掃描電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope，簡(jiǎn)稱SEM）的基本原理是利用電子束掃描樣品表面。當(dāng)電子束打到樣品表面時(shí)，會(huì)激發(fā)出各種信號(hào)，包括次級(jí)電子、反射電子、射線等。這些信號(hào)被探測(cè)器收集并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，隨后被處理成圖像。SEM的分辨率遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡，可以達(dá)到納米級(jí)別。它的放大倍數(shù)可以從幾倍到幾十萬(wàn)倍，可以觀察到樣品的表面形貌和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。SEM還可以進(jìn)行成分分析，通過(guò)射線能譜儀（EDS）等附件可以獲取樣品的化學(xué)成分信息。SEM主要由以下幾個(gè)部分組成：電子槍、鏡筒、掃描系統(tǒng)、信號(hào)探測(cè)器、圖像顯示和記錄系統(tǒng)等。電子槍：電子槍是SEM的核心部件之一，它產(chǎn)生高速電子束打到樣品上。電子槍有熱燈絲型和場(chǎng)發(fā)射型兩種，熱燈絲型電子槍使用鎢絲或鉬絲作為燈絲，產(chǎn)生熱電子；場(chǎng)發(fā)射型電子槍使用金屬或半導(dǎo)體材料作為陰極，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生冷電子。鏡筒：鏡筒是SEM的另一核心部件，它由一系列電磁透鏡和靜電透鏡組成，用于控制和聚焦電子束打到樣品上。掃描系統(tǒng)：掃描系統(tǒng)用于控制電子束在樣品表面的掃描。它通常由掃描線圈和示波器組成，線圈控制電子束在和Y方向上的掃描，示波器用于調(diào)節(jié)掃描的幅度和速度。信號(hào)探測(cè)器：信號(hào)探測(cè)器用于收集從樣品表面激發(fā)出的各種信號(hào)，例如次級(jí)電子、反射電子和射線等。不同類型的信號(hào)需要不同的探測(cè)器，例如次級(jí)電子探測(cè)器、反射電子探測(cè)器和射線能譜儀等。圖像顯示和記錄系統(tǒng)：圖像顯示和記錄系統(tǒng)用于將收集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像并顯示出來(lái)。它通常由顯像管、照相機(jī)和計(jì)算機(jī)等組成。SEM廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括材料科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)等。下面介紹一些SEM在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。材料科學(xué)：SEM在材料科學(xué)中被廣泛應(yīng)用于觀察材料的形貌、微觀結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)等。例如，觀察金屬材料的金相組織、斷口形貌等；觀察陶瓷材料的表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)等；觀察高分子材料的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)等。生物學(xué)：SEM在生物學(xué)中被廣泛應(yīng)用于觀察細(xì)胞的形貌、結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)過(guò)程等。例如，觀察細(xì)菌、病毒、細(xì)胞培養(yǎng)物的形貌和結(jié)構(gòu)；觀察植物組織的結(jié)構(gòu)等；觀察動(dòng)物器官的結(jié)構(gòu)等。醫(yī)學(xué)：SEM在醫(yī)學(xué)中被廣泛應(yīng)用于病理學(xué)研究和醫(yī)學(xué)診斷。例如，觀察腫瘤細(xì)胞的形貌和結(jié)構(gòu)；觀察細(xì)菌和病毒的感染過(guò)程；觀察皮膚細(xì)胞的形貌和結(jié)構(gòu)等。地質(zhì)學(xué)：SEM在地質(zhì)學(xué)中被廣泛應(yīng)用于觀察巖石的形貌、結(jié)構(gòu)和礦物組成等。例如，觀察火山巖的形貌和結(jié)構(gòu)；觀察變質(zhì)巖的微觀結(jié)構(gòu)和礦物組成等；觀察沉積巖的礦物組成和結(jié)構(gòu)等。SEM和透射電子顯微鏡（TransmissionElectronMicroscope，簡(jiǎn)稱TEM）都是利用電子束掃描樣品表面以獲取樣品的形貌和成分信息。然而，它們的工作原理和應(yīng)用范圍不同。SEM使用的是次級(jí)電子、反射電子和射線等信號(hào)來(lái)獲取樣品的形貌和成分信息；而TEM則使用透射電子束穿過(guò)樣品來(lái)獲取樣品的形貌和成分信息。因此，SEM主要用于觀察樣品的表面形貌和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，而TEM主要用于觀察樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分分布情況。SEM的分辨率通常比光學(xué)顯微鏡高得多，可以達(dá)到納米級(jí)別；而TEM的分辨率則更高，可以達(dá)到幾十個(gè)納米級(jí)別。因此，SEM和TEM常常被聯(lián)合使用以獲得更全面的樣品信息。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(lái)掃描樣品，通過(guò)光束與物質(zhì)間的相互作用，來(lái)激發(fā)各種物理信息，對(duì)這些信息收集、放大、再成像以達(dá)到對(duì)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(dá)到1nm；放大倍數(shù)可以達(dá)到30萬(wàn)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。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(shí)進(jìn)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)域具有重大作用。掃描電子顯微鏡（scanningelectronmicroscope，SEM）是一種用于高分辨率微區(qū)形貌分析的大型精密儀器。具有景深大、分辨率高，成像直觀、立體感強(qiáng)、放大倍數(shù)范圍寬以及待測(cè)樣品可在三維空間內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和傾斜等特點(diǎn)。另外具有可測(cè)樣品種類豐富，幾乎不損傷和污染原始樣品以及可同時(shí)獲得形貌、結(jié)構(gòu)、成分和結(jié)晶學(xué)信息等優(yōu)點(diǎn)。目前，掃描電子顯微鏡已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、司法、地球科學(xué)、材料學(xué)以及工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的微觀研究，僅在地球科學(xué)方面就包括了結(jié)晶學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)、寶石學(xué)、微體古生物、天文地質(zhì)、油氣地質(zhì)、工程地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)等。1932年，Knoll提出了SEM可成像放大的概念，并在1935年制成了極其原始的模型。1938年，德國(guó)的阿登納制成了第一臺(tái)采用縮小透鏡用于透射樣品的SEM。由于不能獲得高分辨率的樣品表面電子像，SEM一直得不到發(fā)展，只能在電子探針射線微分析儀中作為一種輔助的成像裝置。此后，在許多科學(xué)家的努力下，解決了SEM從理論到儀器結(jié)構(gòu)等方面的一系列問(wèn)題。最早期作為商品出現(xiàn)的是1965年英國(guó)劍橋儀器公司生產(chǎn)的第一臺(tái)SEM，它用二次電子成像，分辨率達(dá)25nm，使SEM進(jìn)入了實(shí)用階段。1968年在美國(guó)芝加哥大學(xué)，Knoll成功研制了場(chǎng)發(fā)射電子槍，并將它應(yīng)用于SEM，可獲得較高分辨率的透射電子像。1970年他發(fā)表了用掃描透射電鏡拍攝的鈾和釷中的鈾原子和釷原子像，這使SEM又進(jìn)展到一個(gè)新的領(lǐng)域。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(chǎng)發(fā)射電子槍、鎢絲槍和六硼化鑭。其中，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡根據(jù)光源性能可分為冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)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(shí)對(duì)針尖進(jìn)行清洗，僅局限于單一的圖像觀察，應(yīng)用范圍有限；而熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡不僅連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，還能與多種附件搭配實(shí)現(xiàn)綜合分析。在地質(zhì)領(lǐng)域中，我們不僅需要對(duì)樣品進(jìn)行初步形貌觀察，還需要結(jié)合分析儀對(duì)樣品的其它性質(zhì)進(jìn)行分析，所以熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡的應(yīng)用更為廣泛。1-鏡筒；2-樣品室；3-EDS探測(cè)器；4-監(jiān)控器；5-EBSD探測(cè)器；6-計(jì)算機(jī)主機(jī)；7-開機(jī)/待機(jī)/關(guān)機(jī)按鈕；8-底座；9-WDS探測(cè)器。掃描電子顯微鏡電子槍發(fā)射出的電子束經(jīng)過(guò)聚焦后匯聚成點(diǎn)光源；點(diǎn)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(gè)電磁透鏡被聚焦成直徑微小的光點(diǎn)，在透過(guò)最后一級(jí)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(diǎn)轟擊到樣品表面，同時(shí)激發(fā)出不同深度的電子信號(hào)。此時(shí)，電子信號(hào)會(huì)被樣品上方不同信號(hào)接收器的探頭接收，通過(guò)放大器同步傳送到電腦顯示屏，形成實(shí)時(shí)成像記錄（圖a）。由入射電子轟擊樣品表面激發(fā)出來(lái)的電子信號(hào)有：俄歇電子（AuE）、二次電子（SE）、背散射電子（BSE）、射線（特征射線、連續(xù)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(hào)的用途因作用深度而異。圖a.掃描電子顯微鏡原理圖；b.掃描電子顯微鏡電子信號(hào)示意圖。掃描電鏡雖然是顯微鏡家族中的后起之秀，但由于其本身具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展速度是很快的。1儀器分辨率較高，通過(guò)二次電子像能夠觀察試樣表面6nm左右的細(xì)節(jié)，采用LaB6電子槍，可以進(jìn)一步提高到3nm。2儀器放大倍數(shù)變化范圍大，且能連續(xù)可調(diào)。因此可以根據(jù)需要選擇大小不同的視場(chǎng)進(jìn)行觀察，同時(shí)在高放大倍數(shù)下也可獲得一般透射電鏡較難達(dá)到的高亮度的清晰圖像。3觀察樣品的景深大，視場(chǎng)大，圖像富有立體感，可直接觀察起伏較大的粗糙表面和試樣凹凸不平的金屬斷口象等，使人具有親臨微觀世界現(xiàn)場(chǎng)之感。4樣品制備簡(jiǎn)單，只要將塊狀或粉末狀的樣品稍加處理或不處理，就可直接放到掃描電鏡中進(jìn)行觀察，因而更接近于物質(zhì)的自然狀態(tài)。5可以通過(guò)電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像質(zhì)量，如亮度及反差自動(dòng)保持，試樣傾斜角度校正，圖象旋轉(zhuǎn)，或通過(guò)Y調(diào)制改善圖象反差的寬容度，以及圖象各部分亮暗適中。采用雙放大倍數(shù)裝置或圖象選擇器，可在熒光屏上同時(shí)觀察放大倍數(shù)不同的圖象。6可進(jìn)行綜合分析。裝上波長(zhǎng)色散射線譜儀（WD）或能量色散射線譜儀（ED），使具有電子探針的功能，也能檢測(cè)樣品發(fā)出的反射電子、射線、陰極熒光、透射電子、俄歇電子等。把掃描電鏡擴(kuò)大應(yīng)用到各種顯微的和微區(qū)的分析方式，顯示出了掃描電鏡的多功能。另外，還可以在觀察形貌圖象的同時(shí)，對(duì)樣品任選微區(qū)進(jìn)行分析；裝上半導(dǎo)體試樣座附件，通過(guò)電動(dòng)勢(shì)象放大器可以直接觀察晶體管或集成電路中的PN結(jié)和微觀缺陷。由于不少掃描電鏡電子探針實(shí)現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)和半自動(dòng)控制，因而大大提高了定量分析的速度。掃描電子顯微鏡是一種多功能的儀器，具有很多優(yōu)越的性能，是用途最為廣泛的一種儀器，它可以進(jìn)行如下基本分析：①觀察納米材料。所謂納米材料就是指組成材料的顆?；蛭⒕С叽缭?～100nm范圍內(nèi)，在保持表面潔凈的條件下加壓成型而得到的固體材料。納米材料具有許多與晶態(tài)、非晶態(tài)不同的、獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。納米材料有著廣闊的發(fā)展前景，將成為未來(lái)材料研究的重點(diǎn)方向。掃描電子顯微鏡的一個(gè)重要特點(diǎn)就是具有很高的分辨率，現(xiàn)已廣泛用于觀察納米材料。②進(jìn)行材料斷口的分析。掃描電子顯微鏡的另一個(gè)重要特點(diǎn)是景深大，圖象富有立體感。掃描電子顯微鏡的焦深比透射電子顯微鏡大10倍，比光學(xué)顯微鏡大幾百倍。由于圖象景深大，故所得掃描電子象富有立體感，具有三維形態(tài)，能夠提供比其他顯微鏡多得多的信息，這個(gè)特點(diǎn)對(duì)使用者很有價(jià)值。掃描電子顯微鏡所顯示的斷口形貌從深層次、高景深的角度呈現(xiàn)材料斷裂的本質(zhì)，在教學(xué)、科研和生產(chǎn)中，有不可替代的作用，在材料斷裂原因的分析、事故原因的分析以及工藝合理性的判定等方面是一個(gè)強(qiáng)有力的手段。③直接觀察大試樣的原始表面。它能夠直接觀察直徑100mm，高50mm，或更大尺寸的試樣，對(duì)試樣的形狀沒(méi)有任何限制，粗糙的表面也能觀察，這便免除了制備樣品的麻煩，而且能真實(shí)觀察試樣本身物質(zhì)成分不同的襯度（背反射電子象）。④觀察厚試樣。其在觀察厚試樣時(shí)，能得到高的分辨率和最真實(shí)的形貌。掃描電子顯微的分辨率介于光學(xué)顯微鏡和透射電子顯微鏡之間。但在對(duì)厚塊試樣的觀察進(jìn)行比較時(shí)，因?yàn)樵谕干潆娮语@微鏡中還要采用復(fù)膜方法，而復(fù)膜的分辨率通常只能達(dá)到10nm，且觀察的不是試樣本身，因此，用掃描電子顯微鏡觀察厚塊試樣更有利，更能得到真實(shí)的試樣表面資料。⑤觀察試樣的各個(gè)區(qū)域的細(xì)節(jié)。試樣在樣品室中可動(dòng)的范圍非常大。其他方式顯微鏡的工作距離通常只有2～3cm，故實(shí)際上只許可試樣在兩度空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。但在掃描電子顯微鏡中則不同，由于工作距離大（可大于20mm），焦深大（比透射電子顯微鏡大10倍），樣品室的空間也大，因此，可以讓試樣在三度空間內(nèi)有6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)（即三度空間平移，三度空間旋轉(zhuǎn)），且可動(dòng)范圍大，這對(duì)觀察不規(guī)則形狀試樣的各個(gè)區(qū)域細(xì)節(jié)帶來(lái)極大的方便。⑥在大視場(chǎng)、低放大倍數(shù)下觀察樣品。用掃描電子顯微鏡觀察試樣的視場(chǎng)大。在掃描電子顯微鏡中，能同時(shí)觀察試樣的視場(chǎng)范圍F由下式來(lái)確定：F=L/M若掃描電鏡采用30cm（12英寸）的顯象管，放大倍數(shù)15倍時(shí)，其視場(chǎng)范圍可達(dá)20mm。大視場(chǎng)、低倍數(shù)觀察樣品的形貌對(duì)有些領(lǐng)域是很必要的，如刑事偵察和考古。⑦進(jìn)行從高倍到低倍的連續(xù)觀察。放大倍數(shù)的可變范圍很寬，且不用經(jīng)常對(duì)焦。掃描電子顯微鏡的放大倍數(shù)范圍很寬（從5到20萬(wàn)倍連續(xù)可調(diào)），且一次聚焦好后即可從高倍到低倍，從低倍到高倍連續(xù)觀察，不用重新聚焦，這對(duì)進(jìn)行事故分析特別方便。⑧觀察生物試樣。因電子照射而發(fā)生試樣的損傷和污染程度很小。同其他方式的電子顯微鏡比較，因?yàn)橛^察時(shí)所用的電子探針電流?。ㄒ话慵s為10-10～10-12A）電子探針的束斑尺寸?。ㄍǔＪ?nm到幾十納米），電子探針的能量也比較?。铀匐妷嚎梢孕〉?kV），而且不是固定一點(diǎn)照射試樣，而是以光柵狀掃描方式照射試樣，因此，由于電子照射而發(fā)生試樣的損傷和污染程度很小，這一點(diǎn)對(duì)觀察一些生物試樣特別重要。⑨進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。在掃描電子顯微鏡中，成象的信息主要是電子信息。根據(jù)近代的電子工業(yè)技術(shù)水平，即使高速變化的電子信息，也能毫不困難的及時(shí)接收、處理和儲(chǔ)存，故可進(jìn)行一些動(dòng)態(tài)過(guò)程的觀察。如果在樣品室內(nèi)裝有加熱、冷卻、彎曲、拉伸和離子刻蝕等附件，則可以通過(guò)電視裝置，觀察相變、斷裂等動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程。從試樣表面形貌獲得多方面資料。在掃描電子顯微鏡中，不僅可以利用入射電子和試樣相互作用產(chǎn)生各種信息來(lái)成象，而且可以通過(guò)信號(hào)處理方法，獲得多種圖象的特殊顯示方法，還可以從試樣的表面形貌獲得多方面資料。因?yàn)閽呙桦娮酉蟛皇峭瑫r(shí)記錄的，它是分解為近百萬(wàn)個(gè)逐次依此記錄構(gòu)成的，因而使得掃描電子顯微鏡除了觀察表面形貌外，還能進(jìn)行成分和元素的分析，以及通過(guò)電子通道花樣進(jìn)行結(jié)晶學(xué)分析，選區(qū)尺寸可以從10μm到2μm。由于掃描電子顯微鏡具有上述特點(diǎn)和功能，所以越來(lái)越受到科研人員的重視，用途日益廣泛。掃描電子顯微鏡已廣泛用于材料科學(xué)（金屬材料、非金屬材料、納米材料）、冶金、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體材料與器件、地質(zhì)勘探、病蟲害的防治、災(zāi)害（火災(zāi)、失效分析）鑒定、刑事偵察、寶石鑒定、工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量鑒定及生產(chǎn)工藝控制等。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(lái)掃描樣品，通過(guò)光束與物質(zhì)間的相互作用，來(lái)激發(fā)各種物理信息，對(duì)這些信息收集、放大、再成像以達(dá)到對(duì)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(dá)到1nm；放大倍數(shù)可以達(dá)到30萬(wàn)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。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(shí)進(jìn)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)域具有重大作用。掃描電子顯微鏡（scanningelectronmicroscope，SEM）是一種用于高分辨率微區(qū)形貌分析的大型精密儀器。具有景深大、分辨率高，成像直觀、立體感強(qiáng)、放大倍數(shù)范圍寬以及待測(cè)樣品可在三維空間內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和傾斜等特點(diǎn)。另外具有可測(cè)樣品種類豐富，幾乎不損傷和污染原始樣品以及可同時(shí)獲得形貌、結(jié)構(gòu)、成分和結(jié)晶學(xué)信息等優(yōu)點(diǎn)。目前，掃描電子顯微鏡已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、司法、地球科學(xué)、材料學(xué)以及工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的微觀研究，僅在地球科學(xué)方面就包括了結(jié)晶學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)、寶石學(xué)、微體古生物、天文地質(zhì)、油氣地質(zhì)、工程地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)等。1932年，Knoll提出了SEM可成像放大的概念，并在1935年制成了極其原始的模型。1938年，德國(guó)的阿登納制成了第一臺(tái)采用縮小透鏡用于透射樣品的SEM。由于不能獲得高分辨率的樣品表面電子像，SEM一直得不到發(fā)展，只能在電子探針射線微分析儀中作為一種輔助的成像裝置。此后，在許多科學(xué)家的努力下，解決了SEM從理論到儀器結(jié)構(gòu)等方面的一系列問(wèn)題。最早期作為商品出現(xiàn)的是1965年英國(guó)劍橋儀器公司生產(chǎn)的第一臺(tái)SEM，它用二次電子成像，分辨率達(dá)25nm，使SEM進(jìn)入了實(shí)用階段。1968年在美國(guó)芝加哥大學(xué)，Knoll成功研制了場(chǎng)發(fā)射電子槍，并將它應(yīng)用于SEM，可獲得較高分辨率的透射電子像。1970年他發(fā)表了用掃描透射電鏡拍攝的鈾和釷中的鈾原子和釷原子像，這使SEM又進(jìn)展到一個(gè)新的領(lǐng)域。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(chǎng)發(fā)射電子槍、鎢絲槍和六硼化鑭。其中，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡根據(jù)光源性能可分為冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)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(shí)對(duì)針尖進(jìn)行清洗，僅局限于單一的圖像觀察，應(yīng)用范圍有限；而熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡不僅連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，還能與多種附件搭配實(shí)現(xiàn)綜合分析。在地質(zhì)領(lǐng)域中，我們不僅需要對(duì)樣品進(jìn)行初步形貌觀察，還需要結(jié)合分析儀對(duì)樣品的其它性質(zhì)進(jìn)行分析，所以熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡的應(yīng)用更為廣泛。1-鏡筒；2-樣品室；3-EDS探測(cè)器；4-監(jiān)控器；5-EBSD探測(cè)器；6-計(jì)算機(jī)主機(jī)；7-開機(jī)/待機(jī)/關(guān)機(jī)按鈕；8-底座；9-WDS探測(cè)器。掃描電子顯微鏡電子槍發(fā)射出的電子束經(jīng)過(guò)聚焦后匯聚成點(diǎn)光源；點(diǎn)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(gè)電磁透鏡被聚焦成直徑微小的光點(diǎn)，在透過(guò)最后一級(jí)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(diǎn)轟擊到樣品表面，同時(shí)激發(fā)出不同深度的電子信號(hào)。此時(shí)，電子信號(hào)會(huì)被樣品上方不同信號(hào)接收器的探頭接收，通過(guò)放大器同步傳送到電腦顯示屏，形成實(shí)時(shí)成像記錄（圖a）。由入射電子轟擊樣品表面激發(fā)出來(lái)的電子信號(hào)有：俄歇電子（AuE）、二次電子（SE）、背散射電子（BSE）、射線（特征射線、連續(xù)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(hào)的用途因作用深度而異。圖a.掃描電子顯微鏡原理圖；b.掃描電子顯微鏡電子信號(hào)示意圖。掃描電鏡雖然是顯微鏡家族中的后起之秀，但由于其本身具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展速度是很快的。1儀器分辨率較高，通過(guò)二次電子像能夠觀察試樣表面6nm左右的細(xì)節(jié)，采用LaB6電子槍，可以進(jìn)一步提高到3nm。2儀器放大倍數(shù)變化范圍大，且能連續(xù)可調(diào)。因此可以根據(jù)需要選擇大小不同的視場(chǎng)進(jìn)行觀察，同時(shí)在高放大倍數(shù)下也可獲得一般透射電鏡較難達(dá)到的高亮度的清晰圖像。3觀察樣品的景深大，視場(chǎng)大，圖像富有立體感，可直接觀察起伏較大的粗糙表面和試樣凹凸不平的金屬斷口象等，使人具有親臨微觀世界現(xiàn)場(chǎng)之感。4樣品制備簡(jiǎn)單，只要將塊狀或粉末狀的樣品稍加處理或不處理，就可直接放到掃描電鏡中進(jìn)行觀察，因而更接近于物質(zhì)的自然狀態(tài)。5可以通過(guò)電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像質(zhì)量，如亮度及反差自動(dòng)保持，試樣傾斜角度校正，圖象旋轉(zhuǎn)，或通過(guò)Y調(diào)制改善圖象反差的寬容度，以及圖象各部分亮暗適中。采用雙放大倍數(shù)裝置或圖象選擇器，可在熒光屏上同時(shí)觀察放大倍數(shù)不同的圖象。6可進(jìn)行綜合分析。裝上波長(zhǎng)色散射線譜儀（WD）或能量色散射線譜儀（ED），使具有電子探針的功能，也能檢測(cè)樣品發(fā)出的反射電子、射線、陰極熒光、透射電子、俄歇電子等。把掃描電鏡擴(kuò)大應(yīng)用到各種顯微的和微區(qū)的分析方式，顯示出了掃描電鏡的多功能。另外，還可以在觀察形貌圖象的同時(shí)，對(duì)樣品任選微區(qū)進(jìn)行分析；裝上半導(dǎo)體試樣座附件，通過(guò)電動(dòng)勢(shì)象放大器可以直接觀察晶體管或集成電路中的PN結(jié)和微觀缺陷。由于不少掃描電鏡電子探針實(shí)現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)和半自動(dòng)控制，因而大大提高了定量分析的速度。掃描電子顯微鏡是一種多功能的儀器，具有很多優(yōu)越的性能，是用途最為廣泛的一種儀器，它可以進(jìn)行如下基本分析：①觀察納米材料。所謂納米材料就是指組成材料的顆?；蛭⒕С叽缭?～100nm范圍內(nèi)，在保持表面潔凈的條件下加壓成型而得到的固體材料。納米材料具有許多與晶態(tài)、非晶態(tài)不同的、獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。納米材料有著廣闊的發(fā)展前景，將成為未來(lái)材料研究的重點(diǎn)方向。掃描電子顯微鏡的一個(gè)重要特點(diǎn)就是具有很高的分辨率，現(xiàn)已廣泛用于觀察納米材料。②進(jìn)行材料斷口的分析。掃描電子顯微鏡的另一個(gè)重要特點(diǎn)是景深大，圖象富有立體感。掃描電子顯微鏡的焦深比透射電子顯微鏡大10倍，比光學(xué)顯微鏡大幾百倍。由于圖象景深大，故所得掃描電子象富有立體感，具有三維形態(tài)，能夠提供比其他顯微鏡多得多的信息，這個(gè)特點(diǎn)對(duì)使用者很有價(jià)值。掃描電子顯微鏡所顯示的斷口形貌從深層次、高景深的角度呈現(xiàn)材料斷裂的本質(zhì)，在教學(xué)、科研和生產(chǎn)中，有不可替代的作用，在材料斷裂原因的分析、事故原因的分析以及工藝合理性的判定等方面是一個(gè)強(qiáng)有力的手段。③直接觀察大試樣的原始表面。它能夠直接觀察直徑100mm，高50mm，或更大尺寸的試樣，對(duì)試樣的形狀沒(méi)有任何限制，粗糙的表面也能觀察，這便免除了制備樣品的麻煩，而且能真實(shí)觀察試樣本身物質(zhì)成分不同的襯度（