电子显微镜分析✍️

电子显微镜分析是一种通过使用电子显微镜的高分辨率和高放大倍率特性来研究物质组织形态和结构特征的方法。电子显微镜主要分为四种类型：透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、反射式电子显微镜和发射式电子显微镜。其中，透射式和扫描式电子显微镜的应用最为常见。

技术原理

透射式电子显微镜分析

透射式电子显微镜分析是通过让高能电子束穿过被检测物体的复型或薄膜来进行的。由于复型或薄膜的不同部位对电子的吸收能力和电子衍射强度的差异，形成了具有对比度的显微组织电子图像，这些图像可用于研究被检测物体。1932年，德国柏林大学的M.克诺尔和E.鲁斯卡成功研制了世界上第一台透射电子显微镜。现代最先进的透射电子显微镜能够达到0.14纳米的线分辨本领，能够拍摄出一些分子或原子的图像。在透射电子显微镜中，常见的分析技术包括复型技术、电子衍射和电子衍衬。

复型技术

复型技术是将样品表面的组织形态复制到非常薄的非晶体材料膜上，然后将这种复制的薄膜放入透射电子显微镜中进行观察和分析。复型所用的材料和制备方法多种多样，其中包括一次塑料复型、一次碳复型、塑料-碳二次复型和萃取复型等。通过复型技术，可以展示材料或机械部件的显微组织和断口形态等特征。

电子衍射

当电子束穿透薄晶体时，如果晶体的某个晶面方向满足布拉格条件，就会发生电子衍射。在透射电子显微镜中，可以通过观察金属薄膜或萃取复型上的被萃取颗粒来获取电子衍射花样，从而获得材料的组织形态和结构特征的信息。透射电子显微镜中还可以进行选择区电子衍射、高分辨率电子衍射、高分散电子衍射和微电子衍射等多种形式的电子衍射分析。其中，选择区电子衍射应用广泛，常用于研究微小析出相的结构、位置和其他晶体学特征。

电子衍衬

电子衍衬技术利用电子衍射对比度形成图像，能够以极高的分辨率揭示材料内部的精细结构，甚至可以看到分子和原子图像。配备特殊的样品台后，还能够研究材料的相变、变形、位错轨迹等动态变化过程。

扫描式电子显微镜分析

扫描式电子显微镜分析是通过扫描线圈的作用使电子束扫描样品表面，并与显像管电子束的扫描同步，利用扫描过程中产生的各种信号来调整显像管的亮度，从而产生图像。扫描式电子显微镜具有较大的景深，可以直接观察表面起伏不平的大块样品，具有较强的立体感；并且其放大倍数可以从低倍到高倍连续调节。1938年，德国人M.von阿尔登研制了第一台扫描电子显微镜。通常情况下，扫描电子显微镜配备了X射线能谱和波谱分析装置，可以在观察形状的同时快速确定该区域的化学成分。此外，在扫描电子显微镜上还可以进行电子通道花样分析，从而研究样品微区的晶体学位向、晶体对称性、应变程度和位错密度等问题。在机械工程领域，扫描电子显微镜常用于机械零部件的断裂失效分析。

应用实例

扫描式电子显微镜分析在机械工程领域的应用十分广泛，特别是在机械零部件的断裂失效分析方面。例如，对于奥氏体不锈钢应力腐蚀断口的研究，扫描电子显微镜能够提供详细的微观图像，帮助研究人员深入理解材料的失效机理。

参考资料

一文详解扫描电子显微镜(SEM)的工作原理及应用技术.测试狗.2024-10-26

半导体扫描电子显微镜分析和成像.赛默飞世尔科技公司.2024-10-26

采标情况.全国标准信息公共服务平台.2024-10-26