扫描电镜韩超

扫描电子显微镜

SEM(scanning

electronmicroscope)2/4/20231韩超扫描电子显微镜1、工作原理2、系统组成3、样品制备4、操作步骤5、注意事项6、SEM应用

2/4/202341、工作原理SEM的工作原理是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。图像为立体形象，反映了标本的表面结构。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。2/4/20235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2、系统组成2/4/20238(1)电子光学系统（镜筒）

(2)扫描系统(3)信号收集系统

(4)图像显示和记录系统

(5)真空系统(6)电源系统（1）电子光学系统（镜筒）由电子枪、聚光镜、物镜和样品室等部件组成。它的作用是将来自电子枪的电子束聚焦成亮度高、直径小的入射束(直径一般为10nm或更小)来轰击样品，使样品产生各种物理信号。2/4/20239气动气锁阀（2）扫描系统扫描系统是扫描电镜的特殊部件，它由扫描发生器和扫描线圈组成。它的作用是：1)使入射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管电子束在荧光屏上作同步扫描；2)改变入射束在样品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍数2/4/202312(3)信号收集系统

扫描电镜应用的物理信号可分为：1)电子信号，包括二次电子、背散射电子、透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流表测，其他电子信号用电子收集器（最常用）；2)特征X射线信号，用X射线谱仪检测；3)可见光讯号（阴极荧光），用可见光收集器。2/4/202313

(4)图像显示和记录系统

这一系统的作用是将信号收集器输出的信号成比例地转换为阴极射线显像管电子束强度的变化，这样就在荧光屏上得到一幅与样品扫描点产生的某一种物理讯号成正比例的亮度变化的扫描像，同时用照相方式记录下来，或用数字化形式存储于计算机中。2/4/202315(5)真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。真空柱是一个密封的柱形容器。真空泵用来在真空柱内产生真空。成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。真空柱底端即为密封室，用于放置样品。之所以要用真空，主要基于以下两点原因：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度2/4/202316(6)电源系统

电源系统由稳压，稳流及相应的安全保护电路所组成，其作用是提供扫描电镜各部分所需的电源。2/4/202317a电子光学系统扫描系统信号收集系统

图像显示和记录系统

电子枪发射的电子束经过3个电磁透镜聚焦信号强度随样品表面特征而变。它们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管。在样品表面按顺序逐行扫描，激发样品产生各种物理信号:二次电子、背散射电子、特征X射线等。

3、样品制备

电镜样品制备的两个原则a、样品清洁干燥、且在真空中稳定b、样品导电或与样品台能够形成回路2/4/202320绝缘/弱导电样品的制备

对于绝缘体或导电性差的材料来说，则需要预先在分析表面上镀一层厚度约10～20nm的导电层。否则，在电子束照射到该样品上时，会形成电子堆积，阻挡入射电子束进入和样品内电子射出样品表面。2/4/202321试样的清洁干燥

含有水分的试样应先烘干除去水分。表面受到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的前提下进行适当清洗，然后烘干。可用酒精或丙酮在超声波清洗仪里清洗后吹干。试样的尺寸

样品尽量的小，最大不能超出样品台边缘，高度以10mm以下为宜。导电样品的制备

块状导电材料，除了大小要适合仪器样品座尺寸外样品需清洁干燥、试样底部平整便于平稳的粘贴在样品台上。粉末样品的制备

先将导电胶或双面胶纸粘结在样品座上，再均匀地把粉末样撒在上面，用吸耳球吹去未粘住的粉末，再镀上一层导电膜，即可上电镜上观察。2/4/2023224、操作步骤2/4/2023231）启动系统2）中间换样品3）测试样品4）结束程序具体的操作，在实际操作时更容易理解，在此不再给大家详细讲述。1）

启动系统

1．打开计算机，登陆用户帐号operater，输入密码sem；

2．打开桌面上的软件SS-550”,打开菜单file单击online，出现对话框“doyouwanttoinitializethestage”,单击“yes”；

3．单击控制面板中的position，选择“Z-WD”；

4．加高压

单击控制面板上的setting，单击其中的gunsetting，选择autosaturatingbeamon和currentdown，用鼠标将filamentcurrent划键拖回零点，再点击atuosaturationnow；2/4/2023242/4/2023255．合轴（1）选择gunsetting，单击alignment，选择emissionpattern，单击工具条上的十字按钮，调节椭圆光斑的亮度和对比度。如果椭圆光斑亮度不均，则用鼠标将filamentcurrent值微调增大至均匀，，点击memorizelimit,进行下一步操作。（注：filamentcurrent值变化不能超过0.15v）（2）单击tilt按钮，用鼠标左键按住光斑中心将其拖至调至十字型中心；（3）选择transpattern，单击trans按钮，用同样方法将光斑中心调至十字型中心。（4）重复步骤（1）、（2）、（3），直至光斑中心在emissionpattern和transpattern状态下都处于十字型中心。（5）在gunsetting栏中选择normal后，单击close按钮关闭gunsetting窗口2）中间换样品2/4/2023261、单击beamon，beamon键变暗，表示已处于beamoff状态；2、初始化单击position，选择initialize，出现对话框，选择OK；3、排气单击vent按钮，状态栏显示venting，按钮变绿后，排气完成；4、换样品缓慢地将样品室拉开，轻轻将原样品取下，装入新样品，并用螺丝刀固定。5、抽真空单击pump按钮，状态栏显示pumping，按钮变绿后，抽真空完毕，可进行正常测试。3）测试样品2/4/202327

1.选择视野

选择控制面板上的position，单击specimenstage，选择合适的绝对（absolute）或相对（relative）旋转角度（R），点击move，将视野对准要观察的样品台，关闭窗口；然后点击map，双击要观察的区域，将十字形中心对准观察区，关闭窗口。

或者直接单击map，选择对应号码的样品台。2.将扫描模式调为TV,工具条上的滤光（filt）按钮自动打开；3.调整图像的亮度和对比度，选择要观察的样品区域；4.调整图像的放大倍数，进行聚焦和消像散操作

放大倍数从低到高；每个倍数下先聚焦到最佳后再进行消像散操作，再聚焦、消像散，反复进行至图像最清晰后，再调到较高放大倍数。2/4/202328

5.若聚焦时图像有左右或上下移动现象，需调节物镜光栏，具体操作见步骤六；6.若聚焦和消像散后图像清晰度仍不好，可改变WD（13）,PROBESIZE（调至3）,AccV（一般不动）等参数；7.图像清晰后，点击工具条上的DATA按钮，可在图像下部加标尺；8.拍照单击工具条中扫描速度3及其右面的第二个按钮，待控制面板中的FREEZE按钮变黄色后，拍照完成；9.照片保存点击file中的saveas将图片存为tif格式；10.重新观察其它样品时，点击控制面板中的live，激活图像，将扫描模式调为TV，重复以上步骤即可。换样品台时应先将工作距离调大（position栏中R的值不高于25mm），将放大倍数调小（<100倍）。4）结束程序2/4/2023291.

单击setting栏中地beamon按钮，保证发射电流（emmisioncurrent）为零；2.体系长时间不用时（假期），单击工具条中的file，选择shutdown，出现对话框“areyousuretoshutdowntheSEM?”，选择“OK”；3.约35min后旋转式泵停止，指示灯熄灭，软件自动关闭，此时方可关闭主面板后的总电源，然后关闭冷凝水。4.关闭计算机，显示器，关闭插板电源。若短时间休息（工作日），则只将beamon关闭即可。5、注意事项

a、不导电的样品检验前须表面喷金处理；b、所有试样检验前须在超声波清洗仪里用酒精清洗，清洗完毕后用风机吹干；c、处理过的样品在放入样品仓前用吸耳球反复吹扫表面，吸耳球吹不掉的即可放入样品仓；

d、试样高度以10mm以下为宜，太高的样品因信号传输受阻影响成像效果；

e、不能检测磁性样品，磁性样品对电子束有影响，无法成像，可实现对其消磁2/4/2023306、SEM应用（1）生物：种子、花粉、细菌、大肠、绒毛、细胞、纤维……（2）医学：血球、病毒……（3）材料：陶瓷、高分子、粉末、金属、金属夹杂物、环氧树脂……（4）化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥（杆菌）、机械、电机及导电性样品，如半导体(IC、线宽量测、断面、结构观察……）电子材料等。2/4/202331

1）生物应用2/4/2023322/4/2023332/4/202334a:黄鳝卵外观;b:卵膜孔附近卵膜外观;c:卵膜孔与受精孔;d:黄鳝外卵膜棘状凸起应用依据2/4/202335

为更清晰更深入地了解黄鳝受精过程及其受精率低的原因，解决黄鳝人工繁殖问题，作者利用扫描电镜观察黄鳝精子成熟卵形态特征及其精子入卵过程，为黄鳝的规模化人工繁殖和资源合理开发利用提供科学依据。2/4/202336鹿类动物毛的扫描电镜分析2/4/2023图16坡鹿不同个体、不同部位鳞片比较(上中下图分别为:根部、中部、尖部)37应用依据

为了弄清动物毛的扫描电镜分析得出的超微结构的结论在动物分类或鉴别上的可行性、准确性和稳定性,笔者以种属划分较多、较细的鹿科动物毛为样品进行了扫描电镜分析。2/4/2023382/4/202339木瓜花的花药2/4/202340木瓜花的花粉2）断口分析根据断口形貌分析材料的韧、脆性，进而判断材料的性能。还可对机械零部件失效分析，可根据断口学原理判断断裂性质(如塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、氢脆断裂等)，追溯断裂原因，调查断裂是跟原材料质量有关还是跟后续加工或使用情况有关等。2/4/202341沿晶脆性断口2/4/202342沿晶断口高倍图片解离脆性断口2/4/202343解离断裂也是脆性断裂韧窝断口