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掃描電鏡的工作原理

發(fā)布時(shí)間：2023-04-22 09:04:19 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 106

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本文目錄:

1、掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡成像原理有什么不同？
2、TEM和SEM的工作原理差別?
3、掃描電鏡的成像原理與透射電鏡有何不同？
4、電子掃描顯微鏡（SEM）的工作原理？？？

掃描電鏡的工作原理

一、掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡成像原理有什么不同？

掃描電鏡主要是電子束照射到樣品后的二次電子成像，透射電鏡的明場像是透射電子成像。x0dx0a電子顯微鏡簡稱電鏡，英文名Electron Microscope（簡稱EM）經(jīng)過五十多年的發(fā)展已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的重要工具。x0dx0a電子顯微鏡由鏡筒、真空裝置和電源柜三部分組成。x0dx0a鏡筒主要有電子源、電子透鏡、樣品架、熒光屏和探測器等部件，這些部件通常是自上而下地裝配成一個(gè)柱體。x0dx0a電子透鏡用來聚焦電子，是電子顯微鏡鏡筒中最重要的部件。一般使用的是磁透鏡，有x0dx0a時(shí)也有使用靜電透鏡的。它用一個(gè)對稱于鏡筒軸線的空間電場或磁場使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦，其作用與光學(xué)顯微鏡中的光學(xué)透鏡（凸透鏡）使光束聚焦的作用是一樣的，所以稱為電子透鏡。光學(xué)透鏡的焦點(diǎn)是固定的，而電子透鏡的焦點(diǎn)可以被調(diào)節(jié)，因此電子顯微鏡不象光學(xué)顯微鏡那樣有可以移動的透鏡系統(tǒng)?，F(xiàn)代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡，由很穩(wěn)定的直流勵磁電流通過帶極靴的線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場使電子聚焦。電子源是一個(gè)釋放自由電子的陰極，柵極，一個(gè)環(huán)狀加速電子的陽極構(gòu)成的。陰極和陽極之間的電壓差必須非常高，一般在數(shù)千伏到3百萬伏特之間。它能發(fā)射并形成速度均勻的電子束，所以加速電壓的穩(wěn)定度要求不低于萬分之一。x0dx0a樣品可以穩(wěn)定地放在樣品架上，此外往往還有可以用來改變樣品（如移動、轉(zhuǎn)動、加熱、降溫、拉長等）的裝置。x0dx0a為什么要用熒光屏呢？因?yàn)槿藗兊娜庋凼强床灰婋娮邮?，所以要用熒光屏把電子束變成可見的光源，才能形成眼睛能看得見的像。x0dx0a探測器用來收集電子的信號或次級信號。x0dx0a真空裝置用以保障顯微鏡內(nèi)的真空狀態(tài)，這樣電子在其路徑上不會被吸收或偏向，由機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵和真空閥門等構(gòu)成，并通過抽氣管道與鏡筒相聯(lián)接。x0dx0a透射式電子顯微鏡因電子束穿透樣品后，再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與光學(xué)顯微鏡相仿，可以直接獲得一個(gè)樣本的投影。通過改變物鏡的透鏡系統(tǒng)人們可以直接放大物鏡的焦點(diǎn)的像。由此人們可以獲得電子衍射像。使用這個(gè)像可以分析樣本的晶體結(jié)構(gòu)。在這種電子顯微鏡中，圖像細(xì)節(jié)的對比度是由樣品的原子對電子束的散射形成的。由于電子需要穿過樣本，因此樣本必須非常薄。組成樣本的原子的原子量、加速電子的電壓和所希望獲得的分辨率決定樣本的厚度。樣本的厚度可以從數(shù)納米到數(shù)微米不等。原子量越高、電壓越低，樣本就必須越薄。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過物鏡光闌，參與成像，在圖像中顯得較亮。反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過密，則像的對比度就會惡化，甚至?xí)蛭针娮邮哪芰慷粨p傷或破壞。x0dx0a透射電鏡的分辨率為0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬～幾十萬倍。由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，必須制備更薄的超薄切片（通常為50～100nm）。x0dx0a透射式電子顯微鏡鏡筒的頂部是電子槍，電子由鎢絲熱陰極發(fā)射出、通過第一，第二兩個(gè)聚光鏡使電子束聚焦。電子束通過樣品后由物鏡成像于中間鏡上，再通過中間鏡和投影鏡逐級放大，成像于熒光屏或照相干版上。中間鏡主要通過對勵磁電流的調(diào)節(jié)，放大倍數(shù)可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬倍；改變中間鏡的焦距，即可在同一樣品的微小部位上得到電子顯微像和電子衍射圖像。x0dx0a掃描電子顯微鏡的電子束不穿過樣品，僅以電子束盡量聚焦在樣本的一小塊地方，然后一行一行地掃描樣本。入射的電子導(dǎo)致樣本表面被激發(fā)出次級電子。顯微鏡觀察的是這些每個(gè)點(diǎn)散射出來的電子，放在樣品旁的閃爍晶體接收這些次級電子，通過放大后調(diào)制顯像管的電子束強(qiáng)度，從而改變顯像管熒光屏上的亮度。圖像為立體形象，反映了標(biāo)本的表面結(jié)構(gòu)。顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描，這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像，這與工業(yè)電視機(jī)的工作原理相類似。由于這樣的顯微鏡中電子不必透射樣本，因此其電子加速的電壓不必非常高。x0dx0a掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬倍。掃描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品；圖像有很強(qiáng)的立體感；能利用電子束與物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的次級電子、吸收電子和X射線等信息分析物質(zhì)成分。x0dx0a掃描電子顯微鏡的制造是依據(jù)電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)一束高能的人射電子轟擊物質(zhì)表面時(shí)，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射。同時(shí)，也可產(chǎn)生電子-空穴對、晶格振動（聲子）、電子振蕩（等離子體）。

二、TEM和SEM的工作原理差別?

掃描電子顯微鏡 SEM(scanning electron microscope) 工作原理：
1965年發(fā)明的較現(xiàn)代的細(xì)胞生物學(xué)研究工具，主要是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態(tài)，即用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)，其中主要是樣品的二次電子發(fā)射。二次電子能夠產(chǎn)生樣品表面放大的形貌像，這個(gè)像是在樣品被掃描時(shí)按時(shí)序建立起來的，即使用逐點(diǎn)成像的方法獲得放大像。
透射電鏡TEM (transmission electron microscope)工作原理：
是以電子束透過樣品經(jīng)過聚焦與放大后所產(chǎn)生的物像，投射到熒光屏上或照相底片上進(jìn)行觀察。

一、掃描電子顯微鏡 SEM(scanning electron microscope)的制造依據(jù)

掃描電子顯微鏡的制造是依據(jù)電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)一束高能的人射電子轟擊物質(zhì)表面時(shí)，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射。
同時(shí)，也可產(chǎn)生電子-空穴對、晶格振動 (聲子)、電子振蕩 (等離子體)。原則上講，利用電子和物質(zhì)的相互作用，可以獲取被測樣品本身的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的信息，如形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電場或磁場等等。
掃描電子顯微鏡正是根據(jù)上述不同信息產(chǎn)生的機(jī)理，采用不同的信息檢測器，使選擇檢測得以實(shí)現(xiàn)。如對二次電子、背散射電子的采集，可得到有關(guān)物質(zhì)微觀形貌的信息;對x射線的采集，可得到物質(zhì)化學(xué)成分的信息。正因如此，根據(jù)不同需求，可制造出功能配置不同的掃描電子顯微鏡。

二、透射電鏡TEM (transmission electron microscope)的制造依據(jù)

透射電鏡的分辨率為0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬～幾十萬倍。由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，必須制備更薄的超薄切片（通常為50～100nm）。
其制備過程與石蠟切片相似，但要求極嚴(yán)格。要在機(jī)體死亡后的數(shù)分鐘釣取材，組織塊要小(1立方毫米以內(nèi)），常用戊二醛和餓酸進(jìn)行雙重固定樹脂包埋,用特制的超薄切片機(jī)（ultramicrotome）切成超薄切片，再經(jīng)醋酸鈾和檸檬酸鉛等進(jìn)行電子染色。
電子束投射到樣品時(shí)，可隨組織構(gòu)成成分的密度不同而發(fā)生相應(yīng)的電子發(fā)射，如電子束投射到質(zhì)量大的結(jié)構(gòu)時(shí)，電子被散射的多，因此投射到熒光屏上的電子少而呈暗像，電子照片上則呈黑色。稱電子密度高（electron dense）。反之，則稱為電子密度低（electron lucent）。

三、掃描電鏡的成像原理與透射電鏡有何不同？

1、方式不同

掃描電鏡和電視掃描原理相同的成像方式，透射電鏡和光學(xué)顯微鏡或者照相機(jī)成像原理相同的成像方式。

2、實(shí)現(xiàn)不同

掃描電鏡利用掃描透射電子顯微鏡可以觀察較厚的試樣和低襯度的試樣。透射電鏡利用掃描透射模式時(shí)物鏡的強(qiáng)激勵，可以實(shí)現(xiàn)微區(qū)衍射。

掃描電鏡的工作原理

擴(kuò)展資料：

透射電子顯微鏡是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件（如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件）上顯示出來。

由于電子的德布羅意波長非常短，透射電子顯微鏡的分辨率比光學(xué)顯微鏡高的很多，可以達(dá)到0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬～百萬倍。

因此，使用透射電子顯微鏡可以用于觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結(jié)構(gòu)，比光學(xué)顯微鏡所能夠觀察到的最小的結(jié)構(gòu)小數(shù)萬倍。TEM在中和物理學(xué)和生物學(xué)相關(guān)的許多科學(xué)領(lǐng)域都是重要的分析方法，如癌癥研究、病毒學(xué)、材料科學(xué)、以及納米技術(shù)、半導(dǎo)體研究等等。

在放大倍數(shù)較低的時(shí)候，TEM成像的對比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成對電子的吸收不同而造成的。

而當(dāng)放大率倍數(shù)較高的時(shí)候，復(fù)雜的波動作用會造成成像的亮度的不同，因此需要專業(yè)知識來對所得到的像進(jìn)行分析。通過使用TEM不同的模式，可以通過物質(zhì)的化學(xué)特性、晶體方向、電子結(jié)構(gòu)、樣品造成的電子相移以及通常的對電子吸收對樣品成像。

四、電子掃描顯微鏡（SEM）的工作原理？？？

SEM通過電子來使樣本放大50萬倍，相當(dāng)于將1毫米放大到500米。同時(shí)，SEM也可以分析樣品的組成元素。SEM產(chǎn)生電子束撞擊樣品原子的電子層，產(chǎn)生X射線，釋放不同程度的能力，從而判斷原子的種類。這項(xiàng)技術(shù)也被稱為X射線微探技術(shù)，對于分析槍擊痕跡非常有用。

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