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扫描电镜的应用范围

发布时间: 2022-07-21  点击次数: 19次
   扫描电子显微镜已广泛用于材料科学(金属材料、非金属材料、纳米材料)、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、病虫害的防治、灾害(火灾、失效分析)鉴定、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等。
  应用范围:
  扫描电子显微镜是一种多功能的仪器,具有很多优越的性能,是用途最为广泛的一种仪器,它可以进行如下基本分析:
  (1)三维形貌的观察和分析;
  (2)在观察形貌的同时,进行微区的成分分析。
  ①观察纳米材料。所谓纳米材料就是指组成材料的颗粒或微晶尺寸在0.1~100 nm范围内,在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料。纳米材料具有许多与晶态、非晶态不同的、*的物理化学性质。纳米材料有着广阔的发展前景,将成为未来材料研究的重点方向。扫描电子显微镜的一个重要特点就是具有很高的分辨率,现已广泛用于观察纳米材料。
  ②进行材料断口的分析。扫描电子显微镜的另一个重要特点是景深大,图象富有立体感。扫描电子显微镜的焦深比透射电子显微镜大10倍,比光学显微镜大几百倍。由于图象景深大,故所得扫描电子象富有立体感,具有三维形态,能够提供比其他显微镜多得多的信息,这个特点对使用者很有价值。扫描电子显微镜所显示的断口形貌从深层次、高景深的角度呈现材料断裂的本质,在教学、科研和生产中,有不可替代的作用,在材料断裂原因的分析、事故原因的分析以及工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段。
  ③直接观察大试样的原始表面。它能够直接观察直径100 mm,高50 mm,或更大尺寸的试样,对试样的形状没有任何限制,粗糙的表面也能观察,这便免除了制备样品的麻烦,而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度(背反射电子象)。
  ④观察厚试样。其在观察厚试样时,能得到高的分辨率和最真实的形貌。扫描电子显微的分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间。但在对厚块试样的观察进行比较时,因为在透射电子显微镜中还要采用复膜方法,而复膜的分辨率通常只能达到10 nm,且观察的不是试样本身,因此,用扫描电子显微镜观察厚块试样更有利,更能得到真实的试样表面资料。
  ⑤观察试样的各个区域的细节。试样在样品室中可动的范围非常大。其他方式显微镜的工作距离通常只有2~3cm,故实际上只许可试样在两度空间内运动。但在扫描电子显微镜中则不同,由于工作距离大(可大于20 mm),焦深大(比透射电子显微镜大10倍),样品室的空间也大,因此,可以让试样在三度空间内有6个自由度运动(即三度空间平移,三度空间旋转),且可动范围大,这对观察不规则形状试样的各个区域细节带来极大的方便。
  ⑥在大视场、低放大倍数下观察样品。用扫描电子显微镜观察试样的视场大。在扫描电子显微镜中,能同时观察试样的视场范围F由下式来确定:F=L/M式中F——视场范围;M——观察时的放大倍数;L——显象管的荧光屏尺寸。
  若扫描电镜采用的显象管,放大倍数15倍时,其视场范围可达20 mm。大视场、低倍数观察样品的形貌对有些领域是很必要的,如刑事侦察和考古。
  ⑦进行从高倍到低倍的连续观察。放大倍数的可变范围很宽,且不用经常对焦。扫描电子显微镜的放大倍数范围很宽(从5到20万倍连续可调),且一次聚焦好后即可从高倍到低倍,从低倍到高倍连续观察,不用重新聚焦,这对进行事故分析特别方便。
  ⑧观察生物试样。因电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。同其他方式的电子显微镜比较,因为观察时所用的电子探针电流小(一般约为10- 10~10- 12A)电子探针的束斑尺寸小(通常是5 nm到几十纳米),电子探针的能量也比较小(加速电压可以小到2 kV),而且不是固定一点照射试样,而是以光栅状扫描方式照射试样,因此,由于电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小,这一点对观察一些生物试样特别重要。
  ⑨进行动态观察。在扫描电子显微镜中,成象的信息主要是电子信息。根据近代的电子工业技术水平,即使高速变化的电子信息,也能毫不困难的及时接收、处理和储存,故可进行一些动态过程的观察。如果在样品室内装有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀等附件,则可以通过电视装置,观察相变、断裂等动态的变化过程。
  10、从试样表面形貌获得多方面资料。在扫描电子显微镜中,不仅可以利用入射电子和试样相互作用产生各种信息来成象,而且可以通过信号处理方法,获得多种图象的特殊显示方法,还可以从试样的表面形貌获得多方面资料。因为扫描电子象不是同时记录的,它是分解为近百万个逐次依此记录构成的,因而使得扫描电子显微镜除了观察表面形貌外,还能进行成分和元素的分析,以及通过电子通道花样进行结晶学分析,选区尺寸可以从10μm到2μm。
  由于扫描电子显微镜具有上述特点和功能,所以越来越受到科研人员的重视,用途日益广泛。
 
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