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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, 通過光束與物質間的相互作用, 來激發各種物理信息, 對這些信息收集、放大、再成像以達到對物質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;放大倍數可以達到30萬倍及以上連續可調;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合, 可以做到觀察微觀形貌的同時進行物質微區成分分析。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用。因此掃描電子顯微鏡在科學研究領域具有大的作用。
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。根據電子槍種類可分為三種:場發射電子槍、鎢絲槍和六硼化鑭 。其中, 場發射掃描電子顯微鏡根據光源性能可分為冷場發射掃描電子顯微鏡和熱場發射掃描電子顯微鏡。冷場發射掃描電子顯微鏡對真空條件要求高, 束流不穩定, 發射體使用壽命短, 需要定時對針尖進行清洗, 僅局限于單一的圖像觀察, 應用范圍有限;而熱場發射掃描電子顯微鏡不僅連續工作時間長, 還能與多種附件搭配實現綜合分析。在地質領域中, 我們不僅需要對樣品進行初步形貌觀察, 還需要結合分析儀對樣品的其它性質進行分析, 所以熱場發射掃描電子顯微鏡的應用更為廣泛。
掃描電子顯微鏡基本原理
掃描電子顯微鏡電子槍發射出的電子束經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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