scanning electron microscope；SEM

定義：利用高能電子束在樣品表面掃描，通過電子束與物質(zhì)間的相互作用，激發(fā)各種物理信號(hào)，收集并放大這些信號(hào)，形成電子成像的電子顯微鏡。主要用于表征樣品表面的微觀形貌。新式的掃描電子顯微鏡的分辨率可以達(dá)到1納米。

學(xué)科：生物化學(xué)與分子生物學(xué)_方法與技術(shù)_定性定量分析方法_層析技術(shù)

相關(guān)名詞：電子顯微鏡 分辨率 電子束 景深

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所的科研人員在掃描電子顯微鏡下對月球樣品進(jìn)行成分分析。圖片來源：視覺中國

【延伸閱讀】

17世紀(jì)人類發(fā)明了光學(xué)顯微鏡，但是受到可見光波長的限制，光學(xué)顯微鏡的分辨率無法滿足深入探索微觀世界的需求。20世紀(jì)50年代，掃描電子顯微鏡（SEM）問世。后經(jīng)不斷改進(jìn)，SEM的分辨率、放大倍數(shù)和成像質(zhì)量得到顯著提升。

SEM的主要組件包括電子槍、電磁透鏡系統(tǒng)、掃描線圈、樣品室、信號(hào)探測器和圖像顯示系統(tǒng)等。其工作原理是基于電子與物質(zhì)間的相互作用。首先，電子槍發(fā)射高能電子束，經(jīng)過電磁透鏡被聚焦成極細(xì)的電子束斑。當(dāng)電子束斑轟擊樣品表面時(shí)，與樣品原子產(chǎn)生相互作用而發(fā)生反射、吸收、散射和次級(jí)電子發(fā)射等多種物理過程，產(chǎn)生二次電子、背散射電子、X射線等信號(hào)，信號(hào)探測器收集這些信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大和處理，最終在顯示器上形成反映樣品表面形貌、成分等信息的圖像。

SEM的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

1.高分辨率。SEM的分辨率可達(dá)納米級(jí)別，遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡，使研究者能夠深入了解被掃描物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，更好地揭示其性能與微觀形貌之間的聯(lián)系。

2.放大倍數(shù)可調(diào)范圍寬。SEM的放大倍數(shù)從幾十倍到幾十萬倍，變化范圍寬且連續(xù)可調(diào)。在高放大倍數(shù)下，SEM能夠獲得一般透射電鏡難以達(dá)到的清晰圖像。

3.景深大。SEM具有較大的景深，深度感強(qiáng)，能夠清晰顯示樣品的三維立體圖像。

4.制樣簡單。SEM對大多數(shù)樣品可直接觀察，不需要進(jìn)行復(fù)雜的切片和染色等預(yù)處理，擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

5.適用范圍廣。SEM可觀察導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體等多種不同類型的樣品。

SEM是許多領(lǐng)域的重要分析工具：

1.在材料學(xué)中，SEM可用于觀察金屬、陶瓷、高分子等材料的晶格結(jié)構(gòu)、缺陷和雜質(zhì)等，評估材料的性能、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，為材料的改性和優(yōu)化提供重要依據(jù)。配備的能量散射光譜（EDS）附件還可以進(jìn)行成分分析。

2.在生物學(xué)中，SEM能夠觀察細(xì)胞、組織、微生物等生物樣品，揭示其結(jié)構(gòu)和功能。

3.在法醫(yī)學(xué)中，SEM可對纖維、毛發(fā)、射擊殘留物等證據(jù)進(jìn)行分析，為案件偵破提供關(guān)鍵線索。

4.在地質(zhì)學(xué)中，SEM用于分析礦物的形貌、晶體結(jié)構(gòu)以及元素組成等，為地質(zhì)研究提供重要依據(jù)。

5.在考古學(xué)中，SEM用于鑒定古代文物的結(jié)構(gòu)和成分、制作工藝及修復(fù)狀況，揭示文物的歷史價(jià)值。

6.在食品科學(xué)中，SEM被用于觀察食品的微觀結(jié)構(gòu)和成分分布，以確保食品質(zhì)量和安全。

（延伸閱讀作者：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 洪波教授）

責(zé)任編輯：張鵬輝