扫描电子显微镜是一种大型分析仪器;
它广泛应用于观察各种固态物质的表面超微结构的形态和组成所谓扫描是指在图象上从左到右、从上到下依次对图象象元扫掠的工作过程。
它与电视一样是由控制电子束偏转的电子系统来完成的;
只是在结构和部件上稍有差异而已。
在电子扫描中,把电子束从左到右方向的扫描运动叫做行扫描或称作水平扫描;
把电子束从上到下方向的扫描运动叫做帧扫描或称作垂直扫描。
两者的扫描速度完全不同,行扫描的速度比帧扫描的速度快,对于1000条线的扫描图象来说,速度比为1000。
扫描电子显微镜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。
扫描电子显微镜扫描系统由扫描发生器和扫描线圈组成。
它的作用是:
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;
改变入射束在样品表面的扫描幅度,从而改变扫描像的放大倍数。
扫描电子显微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;
2)特征X射线信号,用X射线谱仪检测(EDS)。
图像显示系统是将电信号转换为阴极射线显像管电子束强度的变化;
得到一幅亮度变化的扫描像,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。
扫描电子显微镜提供必需的高真空,保证了电子束的正常扫描,还可以防止样品受到污染;
电源系统主要是指各种部件的电源,如加速电压电源、透镜电源和光电倍增管电源等;
虽然是显微镜家族中的后起之秀,但由于其本身具有许多独特的优点,发展速度是很快的。
扫描电子显微镜可以根据需要选择大小不同的视场进行观察;
同时在高放大倍数下也可获得一般透射电镜较难达到的高亮度的清晰图像,观察样品的景深大,视场大,图像富有立体感;
可直接观察起伏较大的粗糙表面和试样凹凸不平的金属断口象等;
使人具有亲临微观世界现场之感。
扫描电子显微镜可以通过电子学方法有效地控制和改善图像质量;
如亮度及反差自动保持,试样倾斜角度校正,图象旋转;
或通过Y调制改善图象反差的宽容度,以及图象各部分亮暗适中。
采用双放大倍数装置或图象选择器,可在荧光屏上同时观察放大倍数不同的图象。
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台式扫描电子显微镜在新型陶瓷材料显微分析中的应用介绍如下:
显微结构的分析
在陶瓷的制备过程中,原始材料及其制品的显微形貌、孔隙大小、晶界和团聚程度等将决定其最后的性能。
扫描电子显微镜可以清楚地反映和记录这些微观特征,是观察分析样品微观结构方便、易行的有效方法,样品无需制备;
只需直接放入样品室内即可放大观察;同时扫描电子显微镜可以实现试样从低倍到高倍的定位分析,在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动,还能够根据观察需要进行空间转动,以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系统的观察分析。
扫描电子显微镜拍出的图像真实、清晰,并富有立体感,在新型陶瓷材料的三维显微组织形态的观察研究方面获得了广泛地应用。
由于扫描电子显微镜可用多种物理信号对样品进行综合分析,并具有可以直接观察较大试样、放大倍数范围宽和景深大等特点,当陶瓷材料处于不同的外部条件和化学环境时,扫描电子显微镜在其微观结构分析研究方面同样显示出极大的优势。
主要表现为:
⑴力学加载下的微观动态 (裂纹扩展)研究 ;
⑵加热条件下的晶体合成、气化、聚合反应等研究 ;
⑶晶体生长机理、生长台阶、缺陷与位错的研究;
⑷成分的非均匀性、壳芯结构、包裹结构的研究;
⑸晶粒相成分在化学环境下差异性的研究等。
台式扫描电子显微镜在纳米尺寸的研究
纳米材料是纳米科学技术最基本的组成部分,现在可以用物理、化学及生物学的方法制备出只有几个纳米的“颗粒”。
纳米材料的应用非常广泛,比如通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蚀等优点,纳米陶瓷在一定的程度上也可增加韧性、改善脆性等,新型陶瓷纳米材料如纳米称、纳米天平等亦是重要的应用领域。
纳米材料的一切独特性主要源于它的纳米尺寸,因此必须首先确切地知道其尺寸,否则对纳米材料的研究及应用便失去了基础。纵观当今国内外的研究状况和最成果,目前该领域的检测手段和表征方法可以使用透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等技术;
但高分辨率的扫描电子显微镜在纳米级别材料的形貌观察和尺寸检测方面因具有简便、可操作性强的优势被大量采用。
另外如果将扫描电子显微镜与扫描隧道显微镜结合起来,还可使普通的扫描电子显微镜升级改造为超高分辨率的扫描电子显微镜。?所示是纳米钛酸钡陶瓷的扫描电镜照片,晶粒尺寸平均为20nm。
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