环境扫描电子显微镜及其应用

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1、环境电子扫描显微镜及其应用谭明洋（山东科技大学化学与环境工程学院，山东青岛266590）摘要：随着科学技术的发展，微区信息已成为现代物质信息研究的重要组成部分，透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、电子探针等技术已广泛应用于材料学、生物学、医学、冶金学、矿物学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。但普通电子显微镜的高真空的要求限制了其适用范围，环境扫描电子显微镜（ESEM）应运而生，把人们引入了一个全新的形态学观察的领域。关键词：环境扫描电子显微镜（ESEM），微区分析EnvironmentalScanningElectronMicroscopeandIts

2、ApplicationTANMingyang(CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao,Shandong266590)Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,micro-zoneinformationhasbecomeanimportantpartofmodernmaterialandinformationstudies,transmissionelectr

3、onmicroscopy(TEM),scanningelectronmicroscopy(SEM),electronprobetechnologyhasbeenwidelyusedinthefieldofMaterialsscience,Biology,Medicine,Metallurgy,mineralogyetc,andpromotethedevelopmentoftherespectivedisciplines.Butthehigh-vacuumrequirementsofordinaryelectronmicroscopylimitsitsapplic

4、ationscopes.Environmentalscanningelectronmicroscope(ESEM)cameintobeingandhaveleadusintoanewmorphologicalobservationareas.Keywords:Environmentalscanningelectronmicroscope(ESEM),Microanalysis环境扫描电镜(environmentalscanningelectronmicroscope,ESEM)是近年发展起来的新型扫描电镜。它克服了普通扫描电镜对试样必须干燥、洁净、导电的要求，可

5、以在高真空度（HV）下作为普通扫描电镜使用，也可以在低真空度（LV）和模拟试样环境下对试样进行微区分析。1环境扫描电镜的工作原理环境扫描电镜(environmentalscanningelectronmicroscopy,ESEM)采用多级真空系统、气体二次电子信号探测器等独特设计。观察不导电样品不需要镀导电膜.可以在控制温度、压力、相对湿度和低真空度的条件下进行观察分析含水的、含油的、已污染的、不导电的样品，减少了样品的干燥损伤和真空损伤。环境扫描电镜有三种工作方式：A）高真空方式(常规方式)；B）低真空方式:0.1~1Torr；C）环境方式:0.1~20To

6、rr。在高真空的常规扫描电镜中，用标准的EverhartThornley探测器来接受被高能入射电子激发的样品的信号电流(二次电子和部分背散射电子)，经放大后形成图像。在低真空及环扫模式下，由电子枪发射的高能入射电子束穿过压差光阑进入样品室，射向被测定的样品，从样品表面激发出信号电子:二次电子一SE和背散射电子一BSE。由于样品室内有气体存在，入射电子和信号电子与气体分子碰撞，使之电离产生电子和离子。如果我们在样品和电极板之间加一个稳定电场，电离所产生的电子和离子会被分别引往与各自极性相反的电极方向，非导体表面积累的负电荷会与电离出来的正电荷中和而消除荷电。图1环

7、境扫描电镜中气体放大原理示意图其中电子在途中被电场加速到足够高的能量时，会电离更多的气体分子，从而产生更多的电子，如此反复倍增。ESEM探测器正是利用此原理来增强信号的，这又称气体放大原理（如图1）。LFD(低真空度模式下使用的探测器)和GSED（环扫模式下使用的探测器）探头接收这些信号并将其直接传到电子放大器放大成电信号去调制显象管或其它成像系统。ESEM通过不断地向样品室补充气体来维持样品室的低真空，同时也为气体二次电子探测器GSED提供工作气体，水蒸气是最常用的工作气体。但是样品室中气体分子的存在对于SEM的成像也有着副作用，由于气体分子对入射电子的散射使

8、部分电子改变方向，不落在