一文搞懂扫描电子显微镜

文摘   2024-12-04 21:37  

什么是扫描电子显微镜 (SEM)?

定义扫描电子显微镜Scanning Electron Microscopy 是一种利用聚焦电子束扫描样品表面,获得高分辨率图像的显微技术。


  • 关键特点
    • 采用电子束替代光束。
    • 能显示样品表面的精细拓扑信息。
    • 适用于多种材料,包括生物、金属、聚合物等。

SEM 与光学显微镜的对比

 SEM 的分辨率与成像原理

  1. 分辨率的决定因素
  • 波长与分辨率关系:波长越短,分辨率越高。
  • SEM 使用电子束,波长比光波更短,分辨率显著提升。
  • 加速电压的作用
    • 高电压(如15 kV):更深的穿透深度,适合较厚样品。
    • 低电压(如5 kV):表面细节更清晰,但穿透深度较浅。
  • 主要信号类型
    • 二次电子:提供表面形貌信息。
    • 背散射电子:提供样品成分信息。
    • X 射线:用于元素成分分析。

    SEM 的结构组成

    SEM 的工作原理

    1. 电子束生成:电子枪发射电子,经过电磁透镜聚焦。
    2. 表面扫描:扫描线圈引导电子束覆盖样品表面。
    3. 信号产生
    • 电子与样品相互作用,产生二次电子、背散射电子、X 射线等信号。
  • 信号检测与图像生成:检测器捕获信号,计算机生成高分辨率图像。
  • 样品与电子束的相互作用

    SEM 的样品制备

    • 导电处理
      • 生物样品和非导电材料需涂覆导电薄膜(如金、铂、碳、四氧化锇)。
    • 固定与脱水
      • 使用固定剂(如戊二醛)处理生物样品,保持样品形态。
      • 样品需完全脱水以适应真空环境。
    • 涂层设备
      • 涂层过程在真空室中完成,确保涂层均匀。

    SEM 的优势与局限性

    参考文献

    Goldstein, J. I., et al. (2017). Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis. Springer.
    Reimer, L. (1998). Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis. Springer.
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    Dr Leo
    ENT医生的科研分享
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