掃描電子顯微鏡

SEM(scanning

electronmicroscope)2/4/20231韓超掃描電子顯微鏡1、工作原理2、系統組成3、樣品制備4、操作步驟5、注意事項6、SEM應用

2/4/202341、工作原理SEM的工作原理是用一束極細的電子束掃描樣品，在樣品表面激發出次級電子，次級電子的多少與電子束入射角有關，也就是說與樣品的表面結構有關，次級電子由探測體收集，并在那里被閃爍器轉變為光信號，再經光電倍增管和放大器轉變為電信號來控制熒光屏上電子束的強度，顯示出與電子束同步的掃描圖像。圖像為立體形象，反映了標本的表面結構。為了使標本表面發射出次級電子，標本在固定、脫水后，要噴涂上一層重金屬微粒，重金屬在電子束的轟擊下發出次級電子信號。2/4/20235次級電子的多少與電子束入射角有關，也就是說與樣品的表面結構有關2、系統組成2/4/20238(1)電子光學系統（鏡筒）

(2)掃描系統(3)信號收集系統

(4)圖像顯示和記錄系統

(5)真空系統(6)電源系統（1）電子光學系統（鏡筒）由電子槍、聚光鏡、物鏡和樣品室等部件組成。它的作用是將來自電子槍的電子束聚焦成亮度高、直徑小的入射束(直徑一般為10nm或更小)來轟擊樣品，使樣品產生各種物理信號。2/4/20239氣動氣鎖閥（2）掃描系統掃描系統是掃描電鏡的特殊部件，它由掃描發生器和掃描線圈組成。它的作用是：1)使入射電子束在樣品表面掃描，并使陰極射線顯像管電子束在熒光屏上作同步掃描；2)改變入射束在樣品表面的掃描振幅，從而改變掃描像的放大倍數2/4/202312(3)信號收集系統

掃描電鏡應用的物理信號可分為：1)電子信號，包括二次電子、背散射電子、透射電子和吸收電子。吸收電子可直接用電流表測，其他電子信號用電子收集器（最常用）；2)特征X射線信號，用X射線譜儀檢測；3)可見光訊號（陰極熒光），用可見光收集器。2/4/202313

(4)圖像顯示和記錄系統

這一系統的作用是將信號收集器輸出的信號成比例地轉換為陰極射線顯像管電子束強度的變化，這樣就在熒光屏上得到一幅與樣品掃描點產生的某一種物理訊號成正比例的亮度變化的掃描像，同時用照相方式記錄下來，或用數字化形式存儲于計算機中。2/4/202315(5)真空系統真空系統主要包括真空泵和真空柱兩部分。真空柱是一個密封的柱形容器。真空泵用來在真空柱內產生真空。成像系統和電子束系統均內置在真空柱中。真空柱底端即為密封室，用于放置樣品。之所以要用真空，主要基于以下兩點原因：1、電子束系統中的燈絲在普通大氣中會迅速氧化而失效，所以除了在使用SEM時需要用真空以外，平時還需要以純氮氣或惰性氣體充滿整個真空柱2、為了增大電子的平均自由度2/4/202316(6)電源系統

電源系統由穩壓，穩流及相應的安全保護電路所組成，其作用是提供掃描電鏡各部分所需的電源。2/4/202317a電子光學系統掃描系統信號收集系統

圖像顯示和記錄系統

電子槍發射的電子束經過3個電磁透鏡聚焦信號強度隨樣品表面特征而變。它們分別被相應的收集器接受，經放大器按順序、成比例地放大后，送到顯像管。在樣品表面按順序逐行掃描，激發樣品產生各種物理信號:二次電子、背散射電子、特征X射線等。

3、樣品制備

電鏡樣品制備的兩個原則a、樣品清潔干燥、且在真空中穩定b、樣品導電或與樣品臺能夠形成回路2/4/202320絕緣/弱導電樣品的制備

對于絕緣體或導電性差的材料來說，則需要預先在分析表面上鍍一層厚度約10～20nm的導電層。否則，在電子束照射到該樣品上時，會形成電子堆積，阻擋入射電子束進入和樣品內電子射出樣品表面。2/4/202321試樣的清潔干燥

含有水分的試樣應先烘干除去水分。表面受到污染的試樣，要在不破壞試樣表面結構的前提下進行適當清洗，然后烘干。可用酒精或丙酮在超聲波清洗儀里清洗后吹干。試樣的尺寸

樣品盡量的小，最大不能超出樣品臺邊緣，高度以10mm以下為宜。導電樣品的制備

塊狀導電材料，除了大小要適合儀器樣品座尺寸外樣品需清潔干燥、試樣底部平整便于平穩的粘貼在樣品臺上。粉末樣品的制備

先將導電膠或雙面膠紙粘結在樣品座上，再均勻地把粉末樣撒在上面，用吸耳球吹去未粘住的粉末，再鍍上一層導電膜，即可上電鏡上觀察。2/4/2023224、操作步驟2/4/2023231）啟動系統2）中間換樣品3）測試樣品4）結束程序具體的操作，在實際操作時更容易理解，在此不再給大家詳細講述。1）

啟動系統

1．打開計算機，登陸用戶帳號operater，輸入密碼sem；

2．打開桌面上的軟件SS-550”,打開菜單file單擊online，出現對話框“doyouwanttoinitializethestage”,單擊“yes”；

3．單擊控制面板中的position，選擇“Z-WD”；

4．加高壓

單擊控制面板上的setting，單擊其中的gunsetting，選擇autosaturatingbeamon和currentdown，用鼠標將filamentcurrent劃鍵拖回零點，再點擊atuosaturationnow；2/4/2023242/4/2023255．合軸（1）選擇gunsetting，單擊alignment，選擇emissionpattern，單擊工具條上的十字按鈕，調節橢圓光斑的亮度和對比度。如果橢圓光斑亮度不均，則用鼠標將filamentcurrent值微調增大至均勻，，點擊memorizelimit,進行下一步操作。（注：filamentcurrent值變化不能超過0.15v）（2）單擊tilt按鈕，用鼠標左鍵按住光斑中心將其拖至調至十字型中心；（3）選擇transpattern，單擊trans按鈕，用同樣方法將光斑中心調至十字型中心。（4）重復步驟（1）、（2）、（3），直至光斑中心在emissionpattern和transpattern狀態下都處于十字型中心。（5）在gunsetting欄中選擇normal后，單擊close按鈕關閉gunsetting窗口2）中間換樣品2/4/2023261、單擊beamon，beamon鍵變暗，表示已處于beamoff狀態；2、初始化單擊position，選擇initialize，出現對話框，選擇OK；3、排氣單擊vent按鈕，狀態欄顯示venting，按鈕變綠后，排氣完成；4、換樣品緩慢地將樣品室拉開，輕輕將原樣品取下，裝入新樣品，并用螺絲刀固定。5、抽真空單擊pump按鈕，狀態欄顯示pumping，按鈕變綠后，抽真空完畢，可進行正常測試。3）測試樣品2/4/202327

1.選擇視野

選擇控制面板上的position，單擊specimenstage，選擇合適的絕對（absolute）或相對（relative）旋轉角度（R），點擊move，將視野對準要觀察的樣品臺，關閉窗口；然后點擊map，雙擊要觀察的區域，將十字形中心對準觀察區，關閉窗口。

或者直接單擊map，選擇對應號碼的樣品臺。2.將掃描模式調為TV,工具條上的濾光（filt）按鈕自動打開；3.調整圖像的亮度和對比度，選擇要觀察的樣品區域；4.調整圖像的放大倍數，進行聚焦和消像散操作

放大倍數從低到高；每個倍數下先聚焦到最佳后再進行消像散操作，再聚焦、消像散，反復進行至圖像最清晰后，再調到較高放大倍數。2/4/202328

5.若聚焦時圖像有左右或上下移動現象，需調節物鏡光欄，具體操作見步驟六；6.若聚焦和消像散后圖像清晰度仍不好，可改變WD（13）,PROBESIZE（調至3）,AccV（一般不動）等參數；7.圖像清晰后，點擊工具條上的DATA按鈕，可在圖像下部加標尺；8.拍照單擊工具條中掃描速度3及其右面的第二個按鈕，待控制面板中的FREEZE按鈕變黃色后，拍照完成；9.照片保存點擊file中的saveas將圖片存為tif格式；10.重新觀察其它樣品時，點擊控制面板中的live，激活圖像，將掃描模式調為TV，重復以上步驟即可。換樣品臺時應先將工作距離調大（position欄中R的值不高于25mm），將放大倍數調小（<100倍）。4）結束程序2/4/2023291.

單擊setting欄中地beamon按鈕，保證發射電流（emmisioncurrent）為零；2.體系長時間不用時（假期），單擊工具條中的file，選擇shutdown，出現對話框“areyousuretoshutdowntheSEM?”，選擇“OK”；3.約35min后旋轉式泵停止，指示燈熄滅，軟件自動關閉，此時方可關閉主面板后的總電源，然后關閉冷凝水。4.關閉計算機，顯示器，關閉插板電源。若短時間休息（工作日），則只將beamon關閉即可。5、注意事項

a、不導電的樣品檢驗前須表面噴金處理；b、所有試樣檢驗前須在超聲波清洗儀里用酒精清洗，清洗完畢后用風機吹干；c、處理過的樣品在放入樣品倉前用吸耳球反復吹掃表面，吸耳球吹不掉的即可放入樣品倉；

d、試樣高度以10mm以下為宜，太高的樣品因信號傳輸受阻影響成像效果；

e、不能檢測磁性樣品，磁性樣品對電子束有影響，無法成像，可實現對其消磁2/4/2023306、SEM應用（1）生物：種子、花粉、細菌、大腸、絨毛、細胞、纖維……（2）醫學：血球、病毒……（3）材料：陶瓷、高分子、粉末、金屬、金屬夾雜物、環氧樹脂……（4）化學、物理、地質、冶金、礦物、污泥（桿菌）、機械、電機及導電性樣品，如半導體(IC、線寬量測、斷面、結構觀察……）電子材料等。2/4/202331

1）生物應用2/4/2023322/4/2023332/4/202334a:黃鱔卵外觀;b:卵膜孔附近卵膜外觀;c:卵膜孔與受精孔;d:黃鱔外卵膜棘狀凸起應用依據2/4/202335

為更清晰更深入地了解黃鱔受精過程及其受精率低的原因，解決黃鱔人工繁殖問題，作者利用掃描電鏡觀察黃鱔精子成熟卵形態特征及其精子入卵過程，為黃鱔的規模化人工繁殖和資源合理開發利用提供科學依據。2/4/202336鹿類動物毛的掃描電鏡分析2/4/2023圖16坡鹿不同個體、不同部位鱗片比較(上中下圖分別為:根部、中部、尖部)37應用依據

為了弄清動物毛的掃描電鏡分析得出的超微結構的結論在動物分類或鑒別上的可行性、準確性和穩定性,筆者以種屬劃分較多、較細的鹿科動物毛為樣品進行了掃描電鏡分析。2/4/2023382/4/202339木瓜花的花藥2/4/202340木瓜花的花粉2）斷口分析根據斷口形貌分析材料的韌、脆性，進而判斷材料的性能。還可對機械零部件失效分析，可根據斷口學原理判斷斷裂性質(如塑性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂、氫脆斷裂等)，追溯斷裂原因，調查斷裂是跟原材料質量有關還是跟后續加工或使用情況有關等。2/4/202341沿晶脆性斷口2/4/202342沿晶斷口高倍圖片解離脆性斷口2/4/202343解離斷裂也是脆性斷裂韌窩斷口