掃描電鏡工作原理

掃描電子顯微鏡 (SEM) 利用聚焦的高能電子束生成樣品的高清放大二維圖像。為此目的，電子束被引導到固體樣品表面的選定部分上。光束的電子與樣品之間的相互作用導致產生各種信號。這些信號被記錄和進一步處理以產生數字格式的圖像。它可用于揭示樣品的內部結構、樣品的外部紋理、物質的化學成分以及構成樣品的元素的取向和排列等信息。掃描電子顯微鏡最早由德國研究人員、應用物理學家和發明家曼弗雷德·馮·阿登于 1937 年制造。掃描電子顯微鏡的放大倍率通常在 20X 到大約 30,000X 的范圍內。掃描電子顯微鏡的空間分辨率范圍為 50 至 100 nm。

文章索引（點擊跳轉）

• 掃描電子顯微鏡的工作 

• 掃描電子顯微鏡的應用 

• 掃描電子顯微鏡的優點 

• 掃描電子顯微鏡的缺點 

掃描電子顯微鏡的工作 

掃描電子顯微鏡的工作通常取決于反射電子撞擊樣品表面后的檢測。掃描電子顯微鏡的主要元件是電子源。通常，在大多數掃描電子顯微鏡中，加熱的鎢絲用作電子源。在這里，熱量傾向于為電子提供更多能量，從而將它們引導到特定方向并產生單個聚焦電子束。陽極或帶正電的電極板存在于電子源和電容器之間。陽極的主要目的是將電子偏轉并使其排列成一條細而單一的直線。這是因為電子上帶有負電荷，而陽極板帶正電荷。掃描線圈和物鏡位于聚光器下方。源產生的電子束通過聚光鏡、掃描線圈和物鏡。當電子束中包含的電子撞擊樣品時，它們會隨機反射并在各個方向上散射。這被稱為電子逃逸，它幫助用戶建立散射和保留電子數量之間的關系。由于電子-樣品相互作用和電子逃逸而產生的信號被檢測器檢測到。檢測器還連接到傳感器。樣品通常由凹凸和凹谷組成。當電子撞擊樣品的凸塊區域時，更多的電子傾向于逃逸，而當電子撞擊山谷時，相對較少的電子設法反射和逃逸。

掃描電子顯微鏡的應用 

掃描電子顯微鏡被用作許多領域的分析工具，包括生物學、制藥業、制造業、物理實驗室等等。掃描電子顯微鏡的一些主要用途如下：

1. 掃描電子顯微鏡廣泛用于能量色散X射線光譜儀進行點化學分析。

2. 主要用于生物實驗室，在細胞水平上研究微生物的內部結構。

3. 掃描電子顯微鏡在工業上有多種應用。例如，它可以用來研究固體物體的表面，分析原子在各種元素中的分布。

4. 美容師使用掃描電子顯微鏡來分析微小化妝品成分的細節。

5. 制造業使用掃描電子顯微鏡來尋找制成品中的污染物和雜質。

6.各行業的質量控制部門使用掃描電子顯微鏡來確定特定物質的純度。例如，制藥行業使用它們對藥物、藥品和其他產品進行好壞測試。

7. 掃描電子顯微鏡也用于元素的定性化學分析，通過提供清晰放大的晶體結構圖像。

8. 掃描電子顯微鏡在納米技術等相關領域具有相當優勢。它可以提供尺寸超過 50nm 的物體的精確測量和詳細圖像。

9. 可用于區分多相樣品的不同相。

10. 部分掃描電子顯微鏡配備有衍射背散射電子探測器，有助于檢查和確定物質的顯微結構和晶體取向。

11. 掃描電子顯微鏡通常用于生成物體的高清圖像，這些圖像可以顯示化合物的空間變化。

12. 當需要對樣品上的選擇點位置進行分析時，通常首選掃描電子顯微鏡。

13. 一般用于醫學領域，觀察細菌與皮膚和身體器官的相互作用。這有助于醫生確定細菌性疾病的性質并找到治療方法。

掃描電子顯微鏡的優點 

與其他顯微鏡相比，掃描電子顯微鏡非常具有優勢。下面列出了其中一些優點：

1. 掃描電子顯微鏡用戶友好且易于使用。

2. 他們可以產生和生成數字格式的結果。

3. 掃描電鏡可以快速得出結果，即在幾分鐘內即可獲得數據。

4. 掃描電子顯微鏡需要最少的樣品制備。

5、掃描電鏡的分辨率顯著提高。

掃描電子顯微鏡的缺點 

掃描電子顯微鏡有一定的局限性和缺點。其中一些如下：

1、掃描電鏡比較貴。

2. 有些顯微鏡在使用前必須滿足某些特殊條件。例如，房間必須沒有振動和電磁輻射。

3. 掃描電子顯微鏡結構龐大。

4. 掃描電子顯微鏡的正常操作必須保持一致的電壓電平。這可能需要額外的電子電路或電壓調節器來將電壓幅度固定為恒定值。

5. 此類顯微鏡應安裝冷卻系統。

6. 樣品應該足夠小以適合顯微鏡的腔室。樣品的水平尺寸不應超過 10 厘米，而垂直尺寸受到更多限制，必須小于 40 毫米。

7. 使用掃描電子顯微鏡檢查的樣品必須是固體。濕樣不適合，需要先爆破。

8、掃描電鏡不能用于氫、氦、鋰等輕質材料。

9. 為了借助掃描電子顯微鏡研究絕緣體樣品，需要在其表面涂上導電涂層。但是，如果設備能夠在低真空模式下工作，則可以忽略不計。

10. 無法借助掃描電子顯微鏡掃描活體樣本。