SEM是什么？材料分析中的扫描电镜技术详解29

扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种强大的材料分析工具，广泛应用于材料科学、生物学、地质学、医学等众多领域。它利用聚焦电子束与样品表面相互作用产生的各种信号来表征样品的形貌、成分和结构信息，其分辨率远高于普通光学显微镜，能够观察到纳米尺度的细节。

一、SEM的工作原理

SEM的工作原理基于电子束与样品物质间的相互作用。一个高能电子束被发射出来，经过一系列电磁透镜聚焦成一个极细的探针，然后扫描样品表面。当电子束与样品表面原子发生相互作用时，会产生多种信号，包括二次电子、背散射电子、俄歇电子、X射线等。这些信号被探测器收集并转换成图像或谱图，从而提供样品表面的信息。

1. 二次电子成像：二次电子是样品原子被入射电子激发后发射出来的低能电子，其产额与样品表面的倾斜角度密切相关。因此，二次电子图像主要反映样品的表面形貌信息，具有高分辨率和高景深，能够清晰地显示样品的表面细节，如粗糙度、裂纹、颗粒等。

2. 背散射电子成像：背散射电子是入射电子被样品原子弹性散射后反向散射出来的电子，其产额与样品的原子序数成正比。因此，背散射电子图像主要反映样品的成分信息，原子序数高的区域显得明亮，原子序数低的区域显得暗淡。这使得背散射电子成像能够有效区分不同成分的区域，例如合金中的不同相。

3. X射线能谱分析(EDS):当高能电子束与样品原子相互作用时，还会激发出特征X射线。通过探测这些特征X射线，可以分析样品的元素成分和含量。EDS技术具有快速、简便、无损的特点，是SEM中常用的分析技术之一。

4. 其他信号：除了上述信号外，SEM还可以检测其他信号，例如俄歇电子、阴极荧光等，这些信号可以提供样品更丰富的物理和化学信息。

二、SEM的样品制备

为了获得高质量的SEM图像和分析结果，样品制备至关重要。样品制备方法的选择取决于样品的性质和分析目的。常用的样品制备方法包括：

1. 样品清洁：去除样品表面的灰尘、油污等杂质，以避免对图像和分析结果的影响。

2. 样品切割和研磨：对于块状样品，需要进行切割和研磨，以获得合适的尺寸和表面平整度。

3. 样品抛光：对于需要观察微观结构的样品，需要进行抛光，以去除研磨过程中产生的划痕。

4. 样品镀膜：对于非导电样品，需要进行镀膜，以避免充电效应的影响。常用的镀膜材料包括金、铂、碳等。