它的核心优势在于高分辨率(可达1nm)和三维立体成像能力,能帮助我们观察肉眼、光学显微镜无法捕捉的微观结构细节。以下是SEM能观察到的主要内容及相关应用场景:
样品表面微观形貌
扫描电子显微镜核心功能,能清晰呈现样品表面的立体结构、纹理、缺陷、颗粒分布等细节。
材料科学
观察金属的晶粒结构、断裂面的形态(判断断裂原因,如脆性断裂或韧性断裂)、薄膜的表面粗糙度、复合材料中不同组分的分布。
图1 形状记忆合金粉末(a)颗粒, (b)截面形貌。
生物学
观察生物样品(如细胞、细菌、花粉、昆虫鳞片)的表面结构。
图2 水菜花花粉的扫描电镜图
地质学
观察矿物颗粒的形态、孔隙结构,或岩石表面的侵蚀痕迹。
图3 混凝土的微观形貌
纳米级的拍摄细节
场发射扫描电镜(FE-SEM)可达到亚纳米级,能观察到更精细的结构:
纳米颗粒的尺寸和分散性:
图4 介孔二氧化硅包覆金属纳米管的SEM图
石墨烯的褶皱或缺陷:
图5 石墨烯复合材料的SEM图
元素分布与成分分析
SEM常与能谱仪(EDS)联用,通过分析电子束激发的特征 X 射线,实现微区元素半定性和半定量分析,并生成元素分布图谱:
观察合金中不同元素的偏聚情况:
图6 合金的SEM图与相应的EDS-mapping图谱
检测半导体芯片中污染物的成分及位置:
图7 闪存芯片的元素面分布图
其他特殊应用
断口分析
工业中用于分析零部件断裂的原因(如是否因材料缺陷、应力集中或腐蚀导致)
图8 脆性断口的沿晶断口
涂层厚度与均匀性检测
观察薄膜或涂层的截面,测量厚度并评估其均匀性。
图9 高熵合金表面涂层截面形貌的SEM图
总结
扫描电镜的“视野” 覆盖了从微米到纳米尺度的表面结构,结合不同附件和技术,还能扩展到成分分析、动态观察等领域,因此被广泛应用于材料科学、生物学、地质学、电子工程等多个学科和行业,是探索微观世界的重要工具。
它的核心优势在于高分辨率(可达1nm)和三维立体成像能力,能帮助我们观察肉眼、光学显微镜无法捕捉的微观结构细节。以下是SEM能观察到的主要内容及相关应用场景:
样品表面微观形貌
扫描电子显微镜核心功能,能清晰呈现样品表面的立体结构、纹理、缺陷、颗粒分布等细节。
材料科学
观察金属的晶粒结构、断裂面的形态(判断断裂原因,如脆性断裂或韧性断裂)、薄膜的表面粗糙度、复合材料中不同组分的分布。
图1 形状记忆合金粉末(a)颗粒, (b)截面形貌。
生物学
观察生物样品(如细胞、细菌、花粉、昆虫鳞片)的表面结构。
图2 水菜花花粉的扫描电镜图
地质学
观察矿物颗粒的形态、孔隙结构,或岩石表面的侵蚀痕迹。
图3 混凝土的微观形貌
纳米级的拍摄细节
场发射扫描电镜(FE-SEM)可达到亚纳米级,能观察到更精细的结构:
纳米颗粒的尺寸和分散性:
图4 介孔二氧化硅包覆金属纳米管的SEM图
石墨烯的褶皱或缺陷:
图5 石墨烯复合材料的SEM图
元素分布与成分分析
SEM常与能谱仪(EDS)联用,通过分析电子束激发的特征 X 射线,实现微区元素半定性和半定量分析,并生成元素分布图谱:
观察合金中不同元素的偏聚情况:
图6 合金的SEM图与相应的EDS-mapping图谱
检测半导体芯片中污染物的成分及位置:
图7 闪存芯片的元素面分布图
其他特殊应用
断口分析
工业中用于分析零部件断裂的原因(如是否因材料缺陷、应力集中或腐蚀导致)
图8 脆性断口的沿晶断口
涂层厚度与均匀性检测
观察薄膜或涂层的截面,测量厚度并评估其均匀性。
图9 高熵合金表面涂层截面形貌的SEM图
总结
扫描电镜的“视野” 覆盖了从微米到纳米尺度的表面结构,结合不同附件和技术,还能扩展到成分分析、动态观察等领域,因此被广泛应用于材料科学、生物学、地质学、电子工程等多个学科和行业,是探索微观世界的重要工具。