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关于扫描电子显微镜知识的详解

2020-08-04 | 来源:
显微仪器主要包括了光学显微镜和电子显微镜。光学显微镜的分辨率最高只能达到200nm,有效放大倍率为1000~2000倍,无法研究如物质的分子、原子等小于200nm的物质。故而,科学家们进而研究了电子显微镜。电子显微镜简称电镜(ElectronMicrospy,EM),它是利用电子束对样晶放大成像的一种显微镜,包括扫描电镜(ScanningElectronMicroscopy,SEM)和透射电镜(TransmissionElectronMicroscop

  显微仪器主要包括了光学显微镜和电子显微镜。光学显微镜的分辨率最高只能达到200 nm,有效放大倍率为1000~2000倍,无法研究如物质的分子、原子等小于200 nm的物质。故而,科学家们进而研究了电子显微镜。电子显微镜简称电镜( Electron Microspy, EM ),它是利用电子束对样晶放大成像的一种显微镜,包括扫描电镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)和透射电镜( Transmission Electron Microscopy, TEM )两大类型,其分辨率最高达到0.01 nm,放大倍率高达80万-100万倍。

  一、扫描电子显微镜的产生与发展

  十七世纪光学显微镜诞生之后,人类进入了微观世界的大门,许多新学科也应运而生。电子显微镜的实验和理论研究,又使科学技术跨进了亚显微世界,至今则已从分子领域开始进入原子世界。电子显微镜在细菌学、病毒学等方面为人类作出了杰出贡献,成为人们更加深入认识和了解自然界的强有力的工具。

  卡诺尔(M.Knol1)和拉斯卡( E. Ruska )等发表了电子显微镜理论,发明了第一台透射电镜。1935年,世界上第一台定型的透射电镜产生后,法国卡诺尔就提出了扫描电镜的设计思想和工作原理,但是由于电子束直径达0.1-1毫米,加速电压仅为4千伏,所以图象很粗糙。1942年,剑桥大学的马伦( D.M. Mullan )在奥特雷( C.W. Oatley)的指导下,制成世界上第一台扫描电镜(严格来说,应称为扫描反射电子显微镜)。但是,当时电子技术还很落后,其成象分辨率仅为1微米,比光学显微镜还低。1945年,法国布雷切特( C. Brachet )与美国兹沃里金( V.K. Zworykin)等提出用低噪音电子倍增器来提高接收效率,可得到100埃的分辨率。1948年,奥特雷完成了重要的基础理论研究。第二次世界大战后,电子工业获得了飞跃的发展,从而加快了扫描电镜的研制步伐。1955年,英国史密斯( K,C.A. Smith )和奥特雷又改进增加了Y调制、定型的消象散器、微调节台、以及闪烁体一导光管-光电倍增管检测器系统,拍得了大景深的照片,为仪器的标准形式和商品化打下基础,而且特殊材料和精密机械加工精度等逐步有了保障。

  二、扫描电子显微镜的工作原理

  在加速电压的作用下,由电子枪发射出来的电子束(直径50pm)经过磁透镜系统会聚,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的偏转线圈的作用下,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,再通过电信号放大器加以放大处理,最终成像在显示系统上。扫描电镜的工作原理与光学显微镜或透射电镜不同:在光学显微镜和透射电镜下,全部图像一次显出,是“静态”的;而扫描电镜则是把来自二次电子的图像信号作为时像信号,将一点一点的画面“动态”地形成三维的图像。

  三、扫描电子显微镜的特点

  扫描电镜的特点综合起来有以下几点:分辨率高、立体感强、放大倍率范围广、样品适应性大(包括样品的大小、种类、制样以及对扫描目的的要求)、样品受辐照损伤小及污染小和应用范围广。扫描电镜是各种技术专业深入发展的必不可少的工具之一,是科研人员的好帮手,在社会建设中应用前景十分广阔。

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