掃描電子顯微鏡(SEM)是1965年發(fā)明的細(xì)胞生物學(xué)研究工具，主要是利用二次電子信號(hào)成像來觀察樣品的表面形態(tài)，即用*狹窄的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)，其中主要是樣品的二次電子發(fā)射。二次電子能夠產(chǎn)生樣品表面放大的形貌像，這個(gè)像是在樣品被掃描時(shí)按時(shí)序建立起來的，即使用逐點(diǎn)成像的方法獲得放大像。

　　一.原理：如果入射電子撞擊樣品表面原子的外層電子，把它激發(fā)出來，就形成低能量的二次電子，在電廠的作用下它可呈曲線運(yùn)動(dòng)，翻越障礙進(jìn)入檢測器，使表面凹凸的各個(gè)部分都能清晰成像。二次電子的強(qiáng)度主要與樣品表面形貌有關(guān)。二次電子和背景散射電子共同用于掃描電鏡的成像。當(dāng)探針很細(xì)，分辨率高時(shí)，基本收集的是二次電子二背景電子很少，稱為二次電子成像(SEI)。

　　二.結(jié)構(gòu)：由3個(gè)部分組成：真空系統(tǒng)，電子束系統(tǒng)，成像系統(tǒng)。

　　a真空系統(tǒng)

　　真空系統(tǒng)主要包括真空泵和真空柱兩部分。

　　真空柱是一個(gè)密封的柱形容器。

　　真空泵用來在真空柱內(nèi)產(chǎn)生真空。

　　電子束系統(tǒng)中的燈絲在普通大氣中會(huì)迅速氧化而失效，所以在使用SEM時(shí)需要用真空，或以純氮?dú)饣蚨栊詺怏w充滿整個(gè)真空柱。為了增大電子的平均自由程，從而使得用于成像的電子更多。

　　b電子束系統(tǒng)電子束系統(tǒng)由電子槍和電磁透鏡兩部分組成，主要用于產(chǎn)生一束能量分布*窄的，電子能量確定的電子束用以掃描成像。

　　c成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)和電子束系統(tǒng)均內(nèi)置在真空柱種。真空柱底端用于放置樣品。

　　三.參數(shù)：

　　a分辨率

　　SEM的分辨率主要受到電子束直徑的限制，這里電子束直徑指的是聚焦后掃描在樣品上的照射點(diǎn)的尺寸。對同樣品距的二個(gè)顆粒，電子束直徑越小，越得到好的分辨效果，電子束直徑越小，信噪比越小。

　　b放大倍數(shù)

　　在顯像管中電子束在熒光屏上*大掃描距離和在鏡筒中電子束針在試樣上*大掃描距離的比值

　　c焦深

　　SEM的焦深是較好光學(xué)顯微鏡的300-600倍。焦深大意味著能使不平整性大的表面上下都能聚焦。

　　d工作距離

　　從物鏡到樣品*高點(diǎn)的垂直距離。

　　如果增加工作距離，可以在其他條件不變的情況下獲得更大的場深。

　　如果減少工作距離，則可以在其他條件不變的情況下獲得更高的分辨率。

　　通常使用的工作距離在5mm-10mm之間。

　　e作用體積電子束不僅僅與樣品表面原子發(fā)生作用，它實(shí)際上與一定厚度范圍內(nèi)的樣品原子發(fā)生作用，所以存在一個(gè)作用“體積”。作用體積的厚度因信號(hào)的不同而不同。

　　四.樣品制備：

　　a金屬涂層法

　　應(yīng)用對象是導(dǎo)電性較差的樣品，如高聚物材料，在進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察之前必使樣品表面蒸發(fā)一層導(dǎo)電體，目的在于消除荷電現(xiàn)象，提高樣品表面二次電子的激發(fā)量，并減小樣品的輻射損傷。

　　b離子刻蝕法

　　應(yīng)用對象是包含結(jié)晶相和非晶相兩個(gè)組成部分的樣品。它是利用離子轟擊樣品表面時(shí)，由于兩相被離子作用的程度不同，而暴露出晶區(qū)的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

　　c化學(xué)刻蝕法

　　應(yīng)用對象同于離子刻蝕法，包括溶劑和酸刻蝕兩種方法。

　　酸刻蝕是利用某些氧化性較強(qiáng)的溶液，如發(fā)煙硝酸，高錳酸鉀等處理樣品表面，使其中一個(gè)相氧化斷鏈而溶解，而暴露出晶相的結(jié)構(gòu)。

　　溶劑刻蝕是用某些溶劑選擇溶解高聚物材料的一個(gè)相，而暴露出另一相的結(jié)構(gòu)。

　　五.SEM的優(yōu)點(diǎn)：

　　焦深大，圖像富有立體感，特別適合于表面形貌的研究;

　　放大倍數(shù)范圍廣，從20倍到20萬倍，幾乎覆蓋了光學(xué)顯微鏡和TEM的范圍;

　　分辨率高，表面掃描二次電子成像的分辨率已經(jīng)達(dá)到100埃;

　　制樣簡單，樣品的電子損傷小。

　　可同時(shí)進(jìn)行顯微形貌觀察和微區(qū)成分分析。

　　所以SEM在高分子材料學(xué)，生物學(xué)，醫(yī)學(xué)，冶金學(xué)等等學(xué)科領(lǐng)域中發(fā)揮了重要的作用。