掃描電鏡技術(shù)原理及應(yīng)用

1、掃描電鏡技術(shù)原理及應(yīng)用摘要：掃描電鏡一種新型的多功能的，用途最為廣泛的電子光學(xué)儀器。數(shù)十年來， 掃描電鏡已廣泛地應(yīng)用在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、冶金學(xué)等學(xué)科的領(lǐng)域中，促進(jìn)了各有關(guān) 學(xué)科的發(fā)展。關(guān)鍵詞：掃描電鏡;應(yīng)用1938年德國的阿登納制成了第一臺掃描電子顯微鏡，1965年英國制造出第 一臺作為商品用的掃描電鏡，使掃描電鏡進(jìn)入實(shí)用階段。近20年來，掃描電鏡 發(fā)展迅速，多功能的分析掃描電鏡（即掃描電鏡帶上能譜儀、波譜儀、熒光儀等） 既能做超微結(jié)構(gòu)研究，又能做超微結(jié)構(gòu)分析，既能做定性、定量分析、又能做定 位分析，具有景深大，圖像富有立體感，分辨率高，圖像放大倍數(shù)高，顯像直觀， 樣品制備過程相對簡單，可連接ED

2、AX（X-射線能譜分析儀）進(jìn)行微區(qū)成分分析等 特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、古生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、化學(xué)、物理、電子學(xué)及 林業(yè)等學(xué)科和領(lǐng)域Vi。1掃描電鏡的工作原理與技術(shù)特點(diǎn)1.1掃描電鏡的工作原理掃描電鏡（SEM）的工作原理是由電子槍發(fā)射出來直徑為50m（微米）的電 子束，在加速電壓的作用下經(jīng)過磁透鏡系統(tǒng)會聚，形成直徑為5nm （納米）的電 子束，聚焦在樣品表面上，在第二聚光鏡和物鏡之間偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，電子束 在樣品上做光柵狀掃描，同時(shí)同步探測入射電子和研究對象相互作用后從樣品表 面散射出來的電子和光子，獲得相應(yīng)材料的表面形貌和成分分析。從材料表 面散射出來的二次電子的能量一般低于50 eV，

3、其大多數(shù)的能量約在23 eV。 因?yàn)槎坞娮拥哪芰枯^低，只有樣品表面產(chǎn)生的二次電子才能跑出表面，逃逸深 度只有幾個納米，這些信號電子經(jīng)探測器收集并轉(zhuǎn)換為光子，再通過電信號放大 器加以放大處理，最終成像在顯示系統(tǒng)上。掃描電鏡工作原理的特殊之處在于把 來自二次電子的圖像信號作為時(shí)像信號，將一點(diǎn)一點(diǎn)的畫面“動態(tài)”地形成三維 的圖像。1.2掃描電鏡的技術(shù)特點(diǎn)掃描電子顯微鏡測試技術(shù)特點(diǎn)主要有：（1）聚焦景深大。掃描電子顯微鏡的聚焦景深是實(shí)體顯微鏡聚焦景深的50 倍，比偏反光顯微鏡則大500倍，且不受樣品大小與厚度的影響，觀察樣品時(shí)立 體感強(qiáng)。二次電子掃描圖像的分辨率優(yōu)于100埃，比實(shí)體顯微鏡高200倍。

4、可 以直接觀察礦物、巖石等的表面顯微結(jié)構(gòu)特征，清晰度好。放大倍數(shù)在14100000倍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。填補(bǔ)了光學(xué)顯微鏡和電子顯 微鏡之間放大倍數(shù)的空白，便于在低倍下尋找位置，在高倍下詳細(xì)觀察，且不用 重新對焦，易于了解局部和整體之間的相互聯(lián)系。不破壞樣品，制樣方便，樣品大小幾乎不受限制。掃描電鏡是一種有效的理化分析工具，通過它可進(jìn)行各種形式的圖像 觀察、元素分析、晶體結(jié)構(gòu)分析。理的特殊之處在于把來自二次電子的圖像信號作為時(shí)像信號，將一點(diǎn)一點(diǎn)的 畫面“動態(tài)”地形成三維的圖像2掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用2.1：掃描電鏡技術(shù)在木材工業(yè)中的應(yīng)用世界上林業(yè)發(fā)達(dá)的國家，如歐美及日本等國均大量采用掃描電鏡技術(shù)來研究 木材

5、解剖、木材化學(xué)、木材物理及力學(xué)等方面的性質(zhì)，為樹種的改良、木材改性 及應(yīng)用提供了有力的科學(xué)依據(jù)5F。近年來，在木材學(xué)研究領(lǐng)域，我國也大量應(yīng) 用了掃描電鏡技術(shù)。在20世紀(jì)80年代，中國林科院的科研人員8就使用SEM 505 型電鏡對中國裸子植物木材的超微構(gòu)造進(jìn)行研究，填補(bǔ)了我國在該研究領(lǐng)域的空 白。2. 2在選礦方面朱紅應(yīng)用掃描電鏡及X射線衍射分析了黃鐵礦的表面氧化產(chǎn)物，研究了 黃鐵礦表面氧化機(jī)理及黃鐵礦表面狀態(tài)對煤浮選脫硫的影響。侯彤等10為尋求 高灰煤泥難選的本質(zhì)原因，通過浮選試驗(yàn)、SEM電鏡掃描和XRD衍射儀對錢家營 礦選煤廠煤泥中礦物成分的分布進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該煤泥的主要礦物成分

6、為私土類礦物，具有易碎、易泥化的特點(diǎn)，因此礦物的細(xì)粒嵌布和夾帶是造成煤 泥精煤灰分偏高，煤泥難選的主要原因，這一結(jié)論對以后的細(xì)粒煤分選研究起到 了指導(dǎo)作用11。2.3用于紡織品文物表面物的表面形態(tài)分析和元素分析因?yàn)榧徔椘肺奈锏闹谱鞴に囈话愣急容^復(fù)雜，它的制作歷經(jīng)染色、刺繡、摻 雜金屬絲線等工藝，另外紡織品文物表面一般附有污染物。因此應(yīng)用掃描電鏡一 能譜儀對紡織品文物上表面物的分析研究(例如鑒定染料成分、分析污染物成分 等)對紡織品的文物保護(hù)具有十分重要的意義。龔德才運(yùn)用掃描電鏡-能譜儀來 分析古代絲織品蛋白質(zhì)纖維中的鐵、鋁與硫的比例，可以判斷這件絲織品文物的 染色是否運(yùn)用了媒染劑硫酸鋁鉀。汪自

7、強(qiáng)等運(yùn)用掃描電鏡-能譜儀來觀察出土紡 織品上結(jié)晶鹽的表面形態(tài)并分析其元素成分。周旸等運(yùn)用掃描電鏡-能譜儀對南 昌明寧靖王妃墓出土紡織品的平金線進(jìn)行表面形態(tài)分析和表面元素分析，并參照 元代平金線的掃描電鏡分析測試結(jié)果對之進(jìn)行解釋。3結(jié)論掃描電鏡在礦物加工領(lǐng)域，已經(jīng)極大的促進(jìn)了人們認(rèn)識微觀的礦物顆粒，解 釋與之相關(guān)的現(xiàn)象，從而更加合理的利用礦產(chǎn)資源。未來的掃描電鏡將會在以下 三個方面發(fā)展：不斷提高分辨率，以求觀察更精細(xì)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、微小的實(shí)體以至單個 原子；研制超高壓電鏡和特殊環(huán)境的樣品室，以研究物體在自然狀態(tài)下的形 貌及動態(tài)性質(zhì)；研制能對樣品進(jìn)行綜合分析(包括形態(tài)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分等)的設(shè)備。總之，

8、現(xiàn)代分析測試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)或?qū)⒁蟠蟠龠M(jìn)礦物加工學(xué)科 的發(fā)展，必然帶來礦物加工學(xué)科研究量的和質(zhì)的進(jìn)步。隨著掃描電鏡的發(fā)展以及 其他測試的手段的發(fā)展，定將更有力的推動礦物加工學(xué)科的發(fā)展mi。參考文獻(xiàn)1張新言，李榮玉.掃描電鏡的原理及TFT-LCD生產(chǎn)中的應(yīng)用J.現(xiàn)代顯示，2010(3)： 11-14.2王弋.掃描電鏡技術(shù)在木材學(xué)及人造板工藝研究中的應(yīng)用J.建筑人造板，1998(2)： 17-19.3張銳.現(xiàn)代材料分析方法M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007: 178 179.2黃新民，解挺.材料分析測試方法M.北京：國防工業(yè)出版社，2006: 140 141.4周山金，姜笑梅.中國裸子植物材的林材解剖學(xué)及超微構(gòu)造M.北京：中國林業(yè)出版 社，1994.5朱宜，等.電子顯微鏡原理及使用M .北京：北京大學(xué)出版社，1983.6田中敬一，永谷隆.圖解掃描電子顯微鏡M .北京：科學(xué)出版社，1984.李堅(jiān)，等.木材科學(xué)M.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1994.徐柏生.木材超薄切片及超微結(jié)構(gòu)的初步研究J.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995, 19 (3)： 94-96.朱紅，李虎林，歐澤深，等.黃鐵礦表面狀態(tài)對煤浮選脫硫的影響】J.潔凈煤 技術(shù)，2000，6( 1) : 5 - 8.侯彤，陶秀祥，呂則鵬，等.煤泥浮選中礦物賦存狀態(tài)分析J.煤炭科學(xué)技術(shù)， 2