揭开扫描电子显微镜(SEM)的神秘面纱
在探索材料世界的征途中，掌握表征技术至关重要。通过对学习资料的深入整理与提炼，我希望能为你揭示SEM的奥秘，让你在学习过程中少走弯路。虽然一些理论细节将略去，但核心原理将清晰呈现，帮助你深入理解。本文已收录于《材料分析与表征合集》系列，期待你对知识的热爱和收藏。
扫描电子显微镜由电源、真空系统、电子光学系统和信号收集显示系统构成，每一部分都不可或缺。首先，为何真空至关重要？电子束在大气中会快速氧化，因此SEM操作时必须在真空环境中，以保护电子枪。同时，真空环境还能延长电子的自由行程，提升成像效果。
电子枪是SEM的灵魂，它通过高电压产生电子束。目前，常用的热阴极电子枪如钨丝，成本低廉，对真空度要求不高，但发射效率低，聚焦效果受限。高等级设备则采用LaB6或场发射枪，提供更高分辨率，但对真空度要求极高。
SEM通过电子束激发样品，收集二次电子或背散射电子，经过信号处理后，转化为图像。每个样品点的信号强度与显像管亮度精确对应，揭示了表面细节与成分信息。
SEM以其卓越的分辨率，广泛应用于表面形貌研究，无论是宏观还是微观层面。配备能谱仪或波谱仪，可进行成分分析，背散射电子衍射仪则能揭示晶体结构。两种成像模式——二次电子像和背散射电子像，各有侧重，二次电子像擅长表面形貌，背散射电子像则揭示原子序数差异。
二次电子的亮度与表面陡峭处和边缘处的“逃逸距离”有关，这赋予了它们表面形貌的衬托效果。而背散射电子则依赖原子序数差异，原子序数越大，背散射电子的强度越高，揭示了材料的原子结构特征。
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