Как известно, оптический микроскоп появился раньше; разрешающая способность оптического микроскопа выражается формулой Рэлея, которая обычно используется для описания предела разрешения микроскопа; её вид следующий:

Здесь λ — длина волны падающего света, а nsina — числовая апертура.

Разрешающая способность оптического микроскопа ограничена длиной волны, поэтому её составляет около 200 нм. Впоследствии, чтобы преодолеть это ограничение, учёные, воспользовавшись принципом корпускулярно‑волнового дуализма — согласно которому электроны при ускоряющем напряжении обладают длиной волны, достигающей одной десятитысячной длины волны видимого света, — разработали сканирующий электронный микроскоп (SEM).

1. Основные принципы

Сканирующий электронный микроскоп позволяет наблюдать и анализировать состав, морфологию и структуру поверхности образца, осуществляя растровое сканирование её поверхности электронным пучком и регистрируя сигналы, возникающие при взаимодействии электронов с образцом. Основные характеристики поверхности исследуются по таким сигналам, как вторичные электроны, обратнорассеянные электроны и характерные рентгеновские лучи.

Вторичные электроны: используются для наблюдения за морфологией поверхности образца и чрезвычайно чувствительны к состоянию её поверхности.

Электроны обратного рассеяния: наблюдение рельефа поверхности образца посредством рассеяния электронов в образце; применяется для качественного анализа его состава.

Характеристическое рентгеновское излучение: возникает при переходе внутренних электронов атомов образца и используется для количественного анализа состава образца.

2. Конструкция

Сканирующий электронный микроскоп в основном состоит из следующих частей:

Электронно‑оптическая система: включает электронную пушку, электромагнитные линзы, сканирующие катушки и камеру образца; предназначена для генерации, фокусировки и сканирования электронного пучка.

Система сбора и отображения сигналов: включает детекторы вторичных электронов и обратнорассеянных электронов, спектрометры и другие устройства, предназначенные для регистрации и визуализации сигналов, генерируемых образцом.

Вакуумная система: обеспечивает высокую степень вакуума, снижая потери энергии электронов и уровень загрязнения.

Компьютерная система управления: осуществляет управление и эксплуатацию электронного микроскопа, а также предоставляет изображения и результаты анализа.

3. Преимущества

Большая глубина резкости и широкое поле зрения: обладает значительной глубиной резкости и широким полем зрения, что позволяет наблюдать обширные участки поверхности образца.

Подготовка образцов проста: по сравнению с просвечивающим электронным микроскопом подготовка образцов менее трудоёмка, что позволяет исследовать как проводящие, так и непроводящие образцы.

Высокая разрешающая способность: обладает очень высоким разрешением, позволяющим наблюдать микроструктуры размером в несколько нанометров.

Кратность увеличения регулируется: можно непрерывно изменять в диапазоне от нескольких до сотен тысяч крат, что подходит для наблюдений и анализа в масштабах от макро‑ до микро‑.

Высокая способность к комплексному анализу: возможно подключение различных детекторов для проведения многопараметрического анализа, включая спектрометры энергии и спектрометры длины волны.

4. Применение

4.1 Материаловедение

Наблюдение за наноматериалами: анализ структуры, размеров частиц и их распределения.

Анализ полимерных материалов: изучение микроструктуры, разрушения и старения полимерных материалов.

Исследование металлических материалов: анализ микроструктуры, режимов разрушения и поверхностного износа металлических материалов.

Характеризация керамических материалов: проводится наблюдение за кристаллической фазой, размером зерен и дефектами в керамических материалах.

4.2 Физика

Наблюдение за эффектом поверхностной обработки: изучение влияния поверхностной обработки на твёрдость материала и его оптические свойства.

Наблюдение за покрытиями и фотолитографическими структурами: проводится анализ морфологии поверхности тонких пленок и устройств.

4.3 Биология

Наблюдение биологических образцов: изучение микроструктуры биологических клеток, микроорганизмов и тканей.

Исследование свойств биоматериалов: изучение поверхностной морфологии и процессов клеточного роста на поверхности биоактивных материалов и биокерамик.

4.4 Геология и минералогия

Минералогический анализ: изучение поверхностной морфологии, структуры и состава минералов.

Геотехнический анализ: изучение микроструктуры, строения и прочности грунтов и горных пород.

4.5 Микроэлектронная промышленность

Анализ полупроводниковых приборов: наблюдение и анализ точек отказа и дефектов в полупроводниковых устройствах.

4.6 Археология

Анализ культурных ценностей: неразрушающий анализ микроструктуры и химического состава объектов культурного наследия.

4.7 Уголовное расследование

Анализ вещественных доказательств: проведение неразрушающего микроструктурного анализа и определения химического состава остатков стрельбы, взрывных следов, документальных материалов и т. п.

Применение сканирующего электронного микроскопа в этих областях предоставляет исследователям мощный инструмент, помогающий глубоко понять микроструктуру и свойства материалов.

Столешный сканирующий электронный микроскоп ZEM18 компании Цэюй Технолоджи

Вот и всё. Цзэюй Технологии Основные принципы сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и её практическое применение. Подробнее Настольный сканирующий электронный микроскоп 、 Система in situ‑измерений TEM 、 Ступенчатый прибор 、 Нано‑пьезо‑столик За подробностями обращайтесь по телефону 15756003283 (номер в WeChat — тот же).