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电子发射的电子束

扫描电镜的光学原理

电子发射的电子束被几个电磁透镜还原后，电子束到达样品并激发样品中的二次电子。探测器接收二次电子，通过信号处理调制显示器上的像素发光。由于电子束点的直径为纳米，显示器的像素超过100微米，因此这个像素在100微米以上发出的光代表样品上被电子束激发的区域发出的光。实现样品上该物点的放大。如果在样品的某个区域对电子束进行光栅扫描，并在时间和空间上对显示器像素的亮度进行相应的调制，就可以实现该样品区域微观形貌的放大成像。

透射电镜TEM和台式扫描电镜SEM的差异有哪些?

结构差异：

主要体现在样品在电子束光路中的位置不同。透射电镜TEM的样品在电子束中间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁透镜继续放大电子光束，然后投影在荧光屏幕上；台式扫描电镜SEM的样品在电子束末端，电子源在样品上方发射的电子束，经过几级电磁透镜缩小，到达样品。当然后续的信号探测处理系统的结构也会不同，但从基本物理原理上讲没什么实质性差别。

相同之处：都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子，磁透镜，各种控制原理，消象散，合轴等等。

基本工作原理：

透射电镜TEM：电子束在穿过样品时，会和样品中的原子发生散射，样品上某一点同时穿过的电子方向是不同，这样品上的这一点在物镜1-2倍焦距之间，这些电子通过过物镜放大后重新汇聚，形成该点一个放大的实像，这个和凸透镜成像原理相同。这里边有个反差形成机制理论比较深就不讲，但可以这么想象，如果样品内部是均匀的物质，没有晶界，没有原子晶格结构，那么放大的图像也不会有任何反差，事实上这种物质不存在，所以才会有这种牛逼仪器存在的理由。

台式扫描电镜观察纳米材料

台式扫描电镜的优点是：

　　①有较高的放大倍数，20-200000倍之间连续可调；

　　②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；

　　③试样制备简单，目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析（即SEM-EDS），因此它是当今十分重要的科学研究仪器之一。

　　所谓纳米材料，是指材料的颗粒或微晶尺寸在0.1-100nm范围内，在保持表面清洁的条件下，通过压制形成的固体材料纳米材料具有许多不同于晶态和非晶态的物理和化学性质纳米材料具有广阔的发展前景，将成为未来材料研究的扫描电镜的一个重要特点是分辨率高现在它被广泛用于观察纳米材料。

台式扫描电镜进行动态观察

　　在台式扫描电子镜中，成像信息主要是电子信息根据现代电子工业的技术水平，即使是高速变化的电子信息，也能不费吹灰之力地及时接收、处理和储存因此，可以进行一些动态过程观测如果样品室配有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀附件，则可通过电视装置观察相变和断裂强度的动态变化过程。

　　台式扫描电镜观察试样表面形貌

　　从试样表面形貌获得多方面资料，不仅可以利用入射电子与样品相互作用产生的信息进行成像，还可以通过信号处理方法获得各种图像的特殊显示方法，从样品的表面形貌中获得各种信息由于扫描电子图像不是同时记录的，它是由近百万条记录逐个组成的因此，除了观察其表面形貌外，SEM还可以分析其成分和元素通过电子通道花样进行结晶学分析，选择的面积大小可以在10μm到3μm之间。