扫描电镜SEM

组长：39杜颖晴ppt的制作和修饰A组员：31陈曼娇PPT的制作A38陈旭珠收集资料A21冯斯欣收集资料A68侯文静主讲人A简要介绍发展历史工作原理应用领域机构组成分类发展方向参考文献简要介绍SEM是scanningelectronmicroscope（扫描式电子显微镜）的简写。扫描电子显微镜是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。发展历史1924年，法国科学家De.Broglie证明任何粒子在高速运动时都会发射一定波长的电磁辐射。1926年．德国科学家Garbor和Busch发现用铁壳封闭的铜线圈对电子流能折射聚焦，即可以作为电子束的透镜。1935年．法国科学家卡诺尔（M.Knoll）提出了扫描电镜的思想和工作原理，并制成了扫描电镜的原始模型。1942年，英国剑桥大学教授马伦（D.M.Mullan）首次制成世界上第一台扫描电镜的实验装置1960年，EverhartandThornley发明二次电子侦测器。1965年，英国剑桥大学仪器公司（CambridgeInstr.Co）生产了第一台商品扫描电镜，其分辨率为500A，操作程序也相当复杂。我国电镜研制起步比较迟，1958年在长春中国科学院光学精密机械研究所生产了第一台中型电镜。1975年中国科学院北京科学仪器厂成功试制了第一台DX-3型扫描电镜，分辨率为10nm，填补了我国扫描电镜的空白。应用领域当今,随着电子源、扫描以及图像采集和处理系统等的发展,扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,简写为SEM)已成为纺织、植物学、微生物学、古生物学、医学、考古学、冶金、机械加工、物理学、材料学、化学、电子学、地质矿物学、食品科学、半导体制造、微电路检查,甚至月球岩石样品等领域的主要研究手段。同时它还在向复合型方向发展,即和X射线能谱分析技术(X-rayEnergyDispersiveMicroanalysis,简称EDS)进行结合,成为研究分析物品表面结构与微区化学成分的最有效的工具。SEM在材料和冶金工业应用也很广泛，包括断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损分析、耐火材料的结构与饰损分析等等。SEM在纳米材料领域的应用：纳米材料独特的物理化学性质主要来源于它的超微尺寸及超微结构，因此对纳米材料表面形态的观察成为对其研究和应用的基础。而SEM在纳米级别材料的形貌观察和尺寸方面依靠其高分辨率。良好的景深简易的操作等优势被大量采用。工作原理用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。扫描图像为立体形象，反映了标本的表面结构。扫描电镜下的花粉粒图片红细胞扫描电镜扫描电镜下的蔗糖颗粒扫描电镜下的受精卵扫描电镜有三大组成，分别是：1，真空系统 2，电子束系统 3，成像系统 1，真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。真空泵用来在真空柱内产生真空。有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨枪的SEM的真空要求，但对于装置了场致发射枪或六硼化镧枪的SEM,则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。  真空柱是一个密封的柱形容器。 成象系统和电子束系统均内置在真空柱中。真空柱底端为密封室，用于放置样品。为什么需要真空系统呢？有两个原因：1，电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用SEM时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。2， 为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成象的电子更多。 2、电子束系统 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象。电子枪用于产生电子，主要有两大类，共三种。一类是利用场致发射效应产生电子，称为场致发射电子枪。另一类则是利用热发射效应产生电子，有钨枪和六硼化镧枪两种。场致发射电子枪极其昂贵，在十万美元以上，且需要小于10-10torr的极高真空。但它具有至少1000小时以上的寿命，且不需要电磁透镜系统。钨枪寿命在30～100小时之间，价格便宜，但成象不如其他两种明亮，常作为廉价或SEM配置。六硼化镧枪寿命介于场致发射电子枪与钨枪之间，为200～1000小时，价格约为钨枪的十倍，图像比钨枪明亮5～10倍，需要略高于钨枪的真空，一般在10-7torr以上；但比钨枪容易产生过度饱和和热激发问。 热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的SEM上，电磁透镜必不可少。通常会装配两组： 用于汇聚电子束，装配在真空柱中，位于电子枪之下。通常不止一个，并有一组汇聚光圈与之相配。但汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关。物镜为真空柱中最下方的一个电磁透镜，它负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。1，汇聚透镜2，物镜3、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、欧革电子以及X射线等一系列信号。所以需要不同的探测器譬如次级电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。虽然X射线信号不能用于成象，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。 有些探测器造价昂贵，比如Robinsons式背散射电子探测器，这时，可以使用次级电子探测器代替，但需要设定一个偏压电场以筛除次级电子。SEM的分类：依据性能不同主要分为：目前一般扫描电镜采用热发射电子枪，分辨率为6nm左右，若采用六硼化镧电子枪，分辨率可提高到4～5nm。由于场发射电子枪具有亮度高、能量分散少，阴极源尺寸小等优点，这种电镜的分辨率已达到3nm。它还可以直接观察绝缘体而不发生充、放电现象。这种SEM备有冰冻冷热样品台，可把含水生物样品迅速冷冻并对冰冻样品进行观察，可以减少化学处理引起的人为变化，使观察样品更接近于自然状态。（1）一般SEM（2）场发射电子枪SEM（3）生物用SEM随着时代的进步，科学技术水平的不断提高，毫无疑问的是，SEM的发展奖继续，新的观点会被发现并应用。如SEM未来发展中可能的方向：▲有限制取样深度：二次电子取样深度将大于电子束斑直径，二次电子取样深度影响分辨率。▲降低信噪比。▲加强计算机软件功能：提高弱信号成像能力与几晶体结构分析技术。参考文献高德禄.扫描电子显微镜飞速发展的25年[J].国外科学仪器.1990-06-15鹿璐，样建忠.扫描电镜的发展特点及其在纺织材料研究中的应用[J].江苏纺织.2007-02-20.试述扫描电子显微镜技术并以实例阐述其在浆纸研究中的应用-湖北造纸-2011年第1期在扫描电子显微镜中原位操纵、加工和测量纳米结构-电子显微学报-2011年第6期(30)扫描电子显微镜在摩擦学研究中的应用-合成润滑材料-2011年第2期(38)