掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, 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。
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掃描樣品, 通過光束與物質(zhì)間的相互作用, 來激發(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。此外, 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(jù)電子槍種類可分為三種:場發(fā)射電子槍、鎢絲槍和六硼化鑭 [5] 。其中, 場發(fā)射掃描電子顯微鏡根據(jù)光源性能可分為冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡和熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡。冷場發(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;而熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡不僅連續(xù)工作時(shí)間長, 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, 所以熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡的應(yīng)用更為廣泛。
掃描電鏡從原理上講就是利用聚焦得非常細(xì)的高能電子束在試樣上掃描，激發(fā)出各種物理信息。通過對(duì)這些信息的接受、放大和顯示成像，獲得測(cè)試試樣表面形貌的觀察。
當(dāng)一束*細(xì)的高能入射電子轟擊掃描樣品表面時(shí)，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射。同時(shí)可產(chǎn)生電子-空穴對(duì)、晶格振動(dòng)(聲子)、電子振蕩(等離子體)。
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