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纳米材料扫描电镜分析上课讲义

扫描系统作用是使入射电子束在样品表 面与阴极射线管电子束在荧光屏上能够同步 扫描,改变入射电子束在样品表面上的扫描 振幅,以获得所需放大倍数的图像。扫描系 统是扫描电镜一个独特的结构,它主要由扫 描发生器、扫描线圈、放大倍率变换器组成。
样品表面产生的各种物理信号被检测并经 转换放大成用以调制图像或作其它分析的信号。 对于不同的物理信号要用不同的检测器来检测, 目前扫描电镜常用的检测器主要是电子检测器、 X射线检测器。
各种信号的强度与样品的表面特征(形 貌、成分、结构等)相关,可以用不同的探 测器分别对其检测、放大、成像,用于各种 微观分析,扫描电子显微镜主要收集的信号 是二次电子和背散射电子。
扫描电镜采用的是逐点成像的图像分解法, 与电视技术相似,可以把样品被观察区划分 成许多小单元,称为象元,在电子束对样品 表面作光栅扫描时,可以逐点逐行地依次从 各象元检测出信号,并按顺序成比例地转换 为视频信号,再经视频放大和信号处理将其 一一送到有电子束同步扫描的荧光屏的栅极, 用来调制阴极射线管(CRT)的电子束的强 度,即显像管的亮度。因为电镜中的电子束 对样品的扫描与显像管中电子束的扫描保持 严格同步,所以显像管荧光屏上的图像就是 样品上被扫描区域表面特征的放大像。
图 扫描电镜原理示意图
图 JSM-5600LV扫描电镜外观图
3.扫描电镜的结构
扫描电镜一般由电子光学系统、扫描系 统、信号的检测及放大系统、图像的显示与 记录系统、真空系统和电源系统组成。
电子光学系统主要由电子枪、电磁聚光 镜、光阑、等组成。它不是用来成像而仅仅 是用此获得一束高能量细聚焦的电子束作为 使样品产生各种信号的激发源。
图 电子检测器
30nm的纳米金刚石样品在扫描电镜下的 成像图片
图 30nm纳米金刚石扫描电镜
上图为经过粒度测试,均值粒度为 30nm的纳米金刚石样品在扫描电镜下的 成像图片。在不同的放大倍数下,扫描 电镜图下方的标尺相应变化,便于我们 直观的估计试样的大致粒度。
由图片可以清晰地看到,纳米 金刚石微粒的形状为近似的球形以及所 产生的团聚效应。经过这样初步的形貌 分析,可以为我们进一步对样品进行测 试提供参考。同时,就本样品而言,由 于团聚效应是影响纳米金刚石性能的主 要因素,本来形态规整的纳米金刚石微 粒由于团聚使得团聚体表面粗糙,降低作原理
由热阴极发射出的电子聚焦、加速,在 栅极与阳极之间形成一个笔尖状的具有很高 能量的电子束斑(交叉斑),称之为电子源。 这个电子束斑再经聚光镜(磁透镜)压缩, 会聚成极细的电子束聚焦在样品表面上,这 个高能量细聚焦的电子束在扫描线圈作用下, 在样品表面上扫描,与样品相互作用,激发 产生各种物理信号。
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