材料扫描电子显微镜结构性能测试

扫描电镜（SEM）检测

扫描电子显微镜（SEM）是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，用逐点成像的方法获得放大像。

一，原理：

如果入射电子撞击样品表面原子的外层电子，把它激发出来，就形成低能量的二次电子，在电厂的作用下它可呈曲线运动，翻越障碍进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能清晰成像。二次电子的强度主要与样品表面形貌有关。

二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜的成像。当探针很细，分辨率高时，基本收集的是二次电子二背景电子很少，称为二次电子成像（SEI）。

二，结构：

有3个部分组成：真空系统，电子束系统，成像系统。

a,真空系统

真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。

真空柱是一个密封的柱形容器。

真空泵用来在真空柱内产生真空。

电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，在使用SEM时需要用真空，或以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成像的电子更多。

b,电子束系统

电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成，主要用于产生一束能量分布极窄的，电子能量确定的电子束用以扫描成像。

c，成像系统

成像系统和电子束系统均内置在真空柱种。真空柱底端用于放置样品。

三，参数：

a,分辨率

SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，这里电子束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺寸。对同样品距的二个颗粒，电子束直径越小，越得到好的分辨效果，电子束直径越小，信噪比越小。

b,放大倍数

在显像管中电子束在荧光屏上扫描距离和在镜筒中电子束针在试样上扫描距离的比值

c,焦深

SEM的焦深是较好光学显微镜的300-600倍。焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚焦。

d,工作距离

从物镜到样品点的垂直距离。

如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下获得更大的场深。

如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况下获得更高的分辨率。

通常使用的工作距离在5mm-10mm之间。

e,作用体积

电子束不仅仅与样品表面原子发生作用，它实际上与一定厚度范围内的样品原子发生作用，存在一个作用“体积”。作用体积的厚度因信号的不同而不同。

四，样品制备：

a,金属涂层法

应用对象是导电性较差的样品，如高聚物材料，在进行扫描电子显微镜观察之前必使样品表面蒸发一层导电体，目的在于消除荷电现象，提高样品表面二次电子的激发量，并减小样品的辐射损伤。

b,离子刻蚀法

应用对象是包含结晶相和非晶相两个组成部分的样品。它是利用离子轰击样品表面时，由于两相被离子作用的程度不同，而暴露出晶区的细微结构。

c,化学刻蚀法

应用对象同于离子刻蚀法，包括溶剂和酸刻蚀两种方法。

酸刻蚀是利用某些氧化性较强的溶液，如****，高锰酸钾等处理样品表面，使其中一个相氧化断链而溶解，而暴露出晶相的结构。

溶剂刻蚀是用某些溶剂选择溶解高聚物材料的一个相，而暴露出另一相的结构。