1. SEM技術概述
SEM通過電子束與樣品相互作用產生的信號，如二次電子和背散射電子，來構建樣品表面的圖像。這種顯微鏡能夠提供納米級別的高分辨率圖像，并具備較大的景深，使得樣品的三維形貌得以清晰展示。
1.1 工作原理
SEM的工作原理類似于在暗室中使用手電筒掃描物體。電子束代替手電筒，電子探測器代替眼睛，而觀察屏幕和照相機則作為圖像的存儲器。
1.2 分辨率與放大倍數
SEM的分辨率通常在3-0.5納米之間，最高可達0.4納米。放大倍數可從10倍至30萬倍不等。圖像上的刻度條用于測量樣品特征的實際大小。
2. SEM的應用
SEM廣泛應用于材料科學、生物科學、地質學、醫學和法醫學等領域。它可用于觀察樣品形態、分析物相、進行微區元素分析等。
2.1 材料科學
在材料科學中，SEM用于檢測金屬、合金、陶瓷、聚合物等材料，對納米技術和高科技發展至關重要。
2.2 生物科學
在生物科學領域，SEM可用于研究昆蟲、動物組織、細菌等，適用于昆蟲學、植物科學、細胞研究等領域。
2.3 地質學
在地質學中，SEM用于土壤和巖石樣本的形態和成分分析，是采礦業的重要工具。
2.4 醫學科學
醫學研究人員使用SEM比較血細胞和組織樣本，以確定病因或研究治療方法。
2.5 法醫學
在法醫學中，SEM用于檢查和比較犯罪現場的證據，如金屬碎片、油漆、毛發和纖維。
3. SEM與光學顯微鏡的區別
與光學顯微鏡相比，SEM在分辨率、景深和顯微分析方面具有顯著優勢。SEM的分辨率遠高于光學顯微鏡，且景深更大，能夠提供樣品的三維信息。
4. SEM的技術限制
SEM存在一些限制，如對潮濕或液體樣品的成像困難、需要對非導電樣品鍍導電膜、無法形成彩色圖像、難以精確測量高度、無法成像表層以下結構、無法原子成像、無法成像帶電分子等。
5. SEM的結構
SEM的結構包括電子槍、真空系統、水冷系統、鏡筒、樣品倉、探測器和成像系統。電子槍產生并加速電子束，真空系統維持所需的高真空環境，水冷系統保持磁透鏡的溫度穩定。
5.1 電子槍
電子槍是SEM的核心部分，可以是熱電子槍或場發射電子槍。熱電子槍使用鎢燈絲或六硼化鑭晶體，而場發射電子槍使用尖銳的單晶鎢線。
5.2 真空系統
真空系統確保電子束在到達樣品前不受氣體分子的散射，從而保持高分辨率。
5.3 電磁透鏡
電磁透鏡用于聚焦電子束，與光學透鏡類似，但使用磁場而非玻璃透鏡。
5.4 探測器
探測器收集電子束與樣品相互作用產生的信號，如二次電子和背散射電子。
6. 電子束與樣品的相互作用
電子束與樣品相互作用時，會產生多種信號，包括二次電子、背散射電子和X射線等。
7. SEM圖像的解釋
SEM圖像由樣品表面的點組成，每個點代表樣品上電子束的束斑。圖像的襯度受到樣品形貌、成分和取向的影響。
7.1 二次電子圖像
二次電子圖像顯示樣品表面的形貌特征，邊緣結構通常更明亮。
7.2 背散射電子圖像
背散射電子圖像提供樣品次表面以下的信息，與樣品的平均原子序數有關。
SEM是一種功能強大的顯微鏡，能夠提供高分辨率的樣品表面圖像。盡管存在一些技術限制，但它在多個科學領域中仍然是重要的研究工具。
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