扫描电子显微镜(SEM) 是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的一种观察手段。其利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品, 通过光束与物质间的相互作用, 来激发各种物理信息, 对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。新式的扫描电子显微镜的分辨率可以达到1nm;放大倍数可以达到30万倍及以上连续可调;并且景深大, 视野大, 成像立体效果好。此外, 扫描电子显微镜和其他分析仪器相结合, 可以做到观察微观形貌的同时进行物质微区成分分析。扫描电子显微镜在岩土、石墨、陶瓷及纳米材料等的研究上有广泛应用。因此扫描电子显微镜在科学研究领域具有大的作用。
扫描电子显微镜类型多样, 不同类型的扫描电子显微镜存在性能上的差异。根据电子枪种类可分为三种:场发射电子枪、钨丝枪和六硼化镧 。其中, 场发射扫描电子显微镜根据光源性能可分为冷场发射扫描电子显微镜和热场发射扫描电子显微镜。冷场发射扫描电子显微镜对真空条件要求高, 束流不稳定, 发射体使用寿命短, 需要定时对针尖进行清洗, 仅局限于单一的图像观察, 应用范围有限;而热场发射扫描电子显微镜不仅连续工作时间长, 还能与多种附件搭配实现综合分析。在地质领域中, 我们不仅需要对样品进行初步形貌观察, 还需要结合分析仪对样品的其它性质进行分析, 所以热场发射扫描电子显微镜的应用更为广泛。
扫描电子显微镜基本原理
扫描电子显微镜电子枪发射出的电子束经过聚焦后汇聚成点光源;点光源在加速电压下形成高能电子束;高能电子束经由两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点, 在透过*后一级带有扫描线圈的电磁透镜后, 电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面, 同时激发出不同深度的电子信号。此时, 电子信号会被样品上方不同信号接收器的探头接收, 通过放大器同步传送到电脑显示屏, 形成实时成像记录 (图a) 。由入射电子轰击样品表面激发出来的电子信号有:俄歇电子 (Au E) 、二次电子 (SE) 、背散射电子 (BSE) 、X射线 (特征X射线、连续X射线) 、阴极荧光 (CL) 、吸收电子 (AE) 和透射电子(图b) 。每种电子信号的用途因作用深度而异。
