仪器介绍

扫描电子显微镜（英语名称为Scanning Electron Microscope，缩写为SEM），简称扫描电镜。它是一种电子显微镜，利用聚焦电子束扫描样品的表面来产生样品表面的图像。

最常见的扫描电镜模式是检测由电子束激发的原子发射的二次电子（secondary electron）。可以检测的二次电子的数量，取决于样品测绘学形貌。

仪器结构

扫描电子显微镜由三大部分组成：真空系统，电子束系统以及成像系统。

真空系统

主要包括真空泵和真空柱两部分。真空柱是一个密封的柱形容器。真空泵用来在真空柱内产生真空。

电子束系统

由电子枪和电磁透镜两部分组成，主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成像。

成像系统

电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会产生次级电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。

工作原理

电子与样品中的原子相互作用，产生包含关于样品的表面测绘学形貌和组成的信息的各种信号。电子束通常以光栅扫描图案扫描，并且光束的位置与检测到的信号组合以产生图像。

扫描电子显微镜由电子枪发射出电子束(直径约50um)，在加速电压的作用下经过磁透镜系统汇聚，形成直径为5 nm的电子束，聚焦在样品表面上，在第二聚光镜和物镜之间偏转线圈的作用下，电子束在样品上做光栅状扫描，电子和样品相互作用产生信号电子。这些信号电子经探测器收集并转换为光子，再经过电信号放大器加以放大处理，成像在显示系统上。

入射电子束与样品相互作用而激发出来的各种信号

仪器特点

① 能够直接观察样品表面的结构。

② 样品制备过程简单，不用切成薄片。

③ 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。

④ 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。

⑤ 图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间。

⑥ 电子束对样品的损伤与污染程度较小。

⑦ 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

常见分类

1.分析扫描电镜

扫描电镜配备X射线能谱仪EDS后发展成分析扫描电镜，不仅比X射线波谱仪WDS分析速度快、灵敏度高、也可进行定性和无标样定量分析。

2.场发射枪扫描电镜

场发射扫描电镜得到了很大的发展，不仅提高了常规加速电压时的分辨本领，还显著改善了低压性能。

3.低压扫描电镜

低压扫描电镜LVSEM由于可以提高成像的反差，减少甚至消除试样的充放电现象并减少辐照损伤，因此受到了人们的嘱目。

应用领域

显微结构的分析

由于扫描电子显微镜可用多种物理信号对样品进行综合分析，并具有可以直接观察较大试样、放大倍数范围宽和景深大等特点，当陶瓷材料处于不同的外部条件和化学环境时，扫描电子显微镜在其微观结构分析研究方面同样显示出极大的优势。

纳米尺寸的研究

高分辨率的扫描电子显微镜在纳米级别材料的形貌观察和尺寸检测方面因具有简便、可操作性强的优势被大量采用。

铁电畴的观测

扫描电子显微镜观测电畴是通过对样品表面预先进行化学腐蚀来实现的，可以将样品表面预先进行化学腐蚀后，利用扫描电子显微镜图像中的黑白衬度来判断不同取向的电畴结构。对不同的铁电晶体选择合适的腐蚀剂种类、浓度、腐蚀时间和温度都能显示良好的畴图样。

相关品牌

扫描电子显微镜的品牌主要为日立（HITACHI），这个品牌拥有不同类型的扫描电子显微镜，可以满足科研的需求。该品牌也拥有X射线荧光分析仪、氨基酸分析仪等多种产品。

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