掃描電鏡和電子探針的原理和應(yīng)用

掃描電鏡和電子探針的原理和應(yīng)用第1頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄1、背景2、工作原理（1）掃描電鏡的工作原理（2）電子探針的工作原理3、應(yīng)用（1）掃描電鏡的應(yīng)用（2）電子探針的應(yīng)用4、參考資料第2頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月1、背景

掃描電子顯微鏡和電子探針由于其制樣簡單、放大倍數(shù)可調(diào)范圍寬、圖像的分辨率高、景深大等特點(diǎn)，故被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、冶金、材料、半導(dǎo)體制造、微電路檢查等各個(gè)研究領(lǐng)域和工業(yè)部門。它們?cè)诓牧峡茖W(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中也有著一定的區(qū)別。掃描電子顯微鏡第3頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月

電子探針是電子探針X射線顯微分析儀的簡稱，英文縮寫為EPMA(ElectronprobeX-raymicroanalyser)，掃描電子顯微境英文縮寫為SEM（ScanningElectronMicroscope）。這兩種儀器是分別發(fā)展起來的，但現(xiàn)在除專門的電子探針外，大部分電子探針譜儀都是作為附件安裝在掃描電鏡或透射電鏡上，與電鏡組成一個(gè)多功能儀器以滿足微區(qū)形貌、晶體結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成的同位同時(shí)分析的需要。

由于EPMA與SEM設(shè)計(jì)的初衷不同，所以二者還有一定差別，例如SEM以觀察樣品形貌特征為主，電子光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)注重圖像質(zhì)量，圖像的分辨率高、景深大。現(xiàn)在鎢燈絲SEM的二次電子像分辨率可達(dá)3nm，場發(fā)射SEM二次電子像分辨率可達(dá)1nm。由于SEM一般不安裝WDS，所以真空腔體小，腔體可以保持較高真空度；另外，圖像觀察所使用的電子束電流小，電子光路及光闌等不易污染，使圖像質(zhì)量較長時(shí)間保持良好的狀態(tài)。

背景第4頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月EPMA一般以成分分析為主，必須有WDS進(jìn)行元素成分分析，真空腔體大，成分分析時(shí)電子束電流大，所以電子光路、光闌等易污染，圖像質(zhì)量下降速度快，需經(jīng)常清洗光路和光闌，通常EPMA二次電子像分辨率為6nm。EPMA附有光學(xué)顯微鏡，用于直接觀察和尋找樣品分析點(diǎn)，使樣品分析點(diǎn)處于聚焦園（羅蘭園）上，以保證成分定量分析的準(zhǔn)確度。EPMA和SEM都是用聚焦得很細(xì)的電子束照射被檢測的樣品表面，用X射線能譜儀或波譜儀，測量電子與樣品相互作用所產(chǎn)生的特征X射線的波長與強(qiáng)度，從而對(duì)微小區(qū)域所含元素進(jìn)行定性或定量分析，并可以用二次電子或背散射電子等進(jìn)行形貌觀察。它們是現(xiàn)代固體材料顯微分析(微區(qū)成份、形貌和結(jié)構(gòu)分析)的最有用儀器之一，應(yīng)用十分廣泛。電子探針和掃描電鏡都是用計(jì)算機(jī)控制分析過程和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并可進(jìn)行彩色圖像處理和圖像分析工作，所以是一種現(xiàn)代化的大型綜合分析儀?，F(xiàn)國內(nèi)各種型號(hào)的電子探針和掃描電鏡有近千臺(tái)，分布在各個(gè)領(lǐng)域。背景第5頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月2、（1）掃描電鏡的工作原理

SEM是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段，掃描電子顯微鏡是由電子光學(xué)系統(tǒng)，信號(hào)收集處理、圖象顯示和記錄系統(tǒng)，真空系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成優(yōu)點(diǎn)：①有較高的放大倍數(shù)，20-30萬倍之間連續(xù)可調(diào)；②有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)；③試樣制備簡單。第6頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月2、（2）電子探針的工作原理電子探針可對(duì)試樣進(jìn)行微小區(qū)域成分分析。除H、He、Li、

Be等幾個(gè)較輕元素外，都可進(jìn)行定性和定量分析。電子探針的大批量是利用經(jīng)過加速和聚焦的極窄的電子束為探針，激發(fā)試樣中某一微小區(qū)域，使其發(fā)出特征X射線，測定該X射線的波長和強(qiáng)度，即可對(duì)該微區(qū)的元素作定性或定量分析。將掃描電子顯微鏡和電子探針結(jié)合，在顯微鏡下把觀察到的顯微組織和元素成分聯(lián)系起來，解決材料顯微不均勻性的問題，成為研究亞微觀結(jié)構(gòu)的有力工具。電子探針有三種基本工作方式：一、點(diǎn)分析用于選定點(diǎn)的全譜定性分析或定量分析，以及對(duì)其中所含元素進(jìn)行定量分析；二、線分析用于顯示元素沿選定直線方向上的濃度變化；三、面分析用于觀察元素在選定微區(qū)內(nèi)濃度分布。第7頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月3、（1）電子探針的應(yīng)用電子探針不僅用于基礎(chǔ)研究的分析，亦可廣泛用于生產(chǎn)在線的檢驗(yàn)，品質(zhì)管理的分析，以及能源、環(huán)境等檢測。特別是應(yīng)用于金屬固熔體相、相變、晶界、偏析物、夾雜物等;地質(zhì)的礦物、巖石、礦石和隕石等;陶瓷、水泥、玻璃;化學(xué)催化劑和石油化工，高分子材料，涂料等;生物的牙齒、骨骼組織;半導(dǎo)體材料、集成電路、電器產(chǎn)品等領(lǐng)域的非破壞性的元素分析和觀察。斷口分析、鍍層分析、微區(qū)成分分析及顯微組織形貌和催化劑機(jī)理與失效研究第8頁，課件共10頁，