扫描电镜技术及其在碳材料表征中的应用.doc

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1、扫描电镜技术及其在碳材料表征中的应用摘要：电子显微技术是材料表征的重要技术手段之一，其中扫描电子显微镜（简称SEM）由于具有应用范围广、样品制备简单、图像景深大等优点，因而在碳材料表征中发挥着越来越重要的作用。本文在介绍扫描电镜的结构、工作原理及样品制备的基础上，简要概述了扫描电镜在材料表征中的应用，并以碳纳米管为例对图谱进行了分析。关键词：SEM，材料表征，应用ScanningElectronMicroscopyTechnologywithItsApplicationforMaterialCharacterizationAbstract:Theelectronmic

2、roscopetechnologyisoneoftheimportantcharacterinationtechnologyinmaterialresearch.Thescanningelectronmicroscope(SEM)iswidelyusedandplayingamoreandmoreimportantroleinmaterialcharacterizationbecauseSEMhasaseriesadvantages.ThearticleintroducedthestructuralcharacteristicsofSEM,theworkingtheo

3、ryofSEMandtheworkingtheoryofSEM,webrieflyoverviewtheapplicationofSEMinmaterialscharacterization,andcarbonnanotubesasacaseonmapisanalyzed.Keywords:SEM,materialscharacterization,application摘要11.SEM的结构41.1电子光学系统41.2信号检测与转换系统51.3显示与记录系统51.4真空系统52.SEM的工作原理53.样品制备54.SEM在碳材料中的应用65.碳纳米管在SEM中的表征

4、66.总结7参考文献8二十世纪60年代以来，出现了扫描电子显微镜（SEM）技术，这样使人类观察微小物质的能力发生质的飞跃依靠扫描电子显微镜的高分辨率、良好的景深和简易的操作方法，扫描电子显微镜（SEM）迅速成为一种不可缺少的工具，并且广泛应用于科学研究和工程实践中近年来，随着现代科学技术的不断发展，相继开发了环境扫描电子显微镜（ESEM）1、扫描隧道显微镜（SEM）2、原子力显微镜（AFM）3等其它一些新的电子显微技术这些技术的出现，显示了电子显微技术近年来自身得到了巨大的发展，尤其是大大扩展了电子显微技术的使用范围和应用领域在材料科学中的应用使材料科学研究得到了快速

5、发展，取得了许多新的研究成果4。1.SEM的结构扫描电镜结构由四大部分组成：电子光学系统、信号检测与转换系统、显示与记录系统、真空系统。1.1电子光学系统这个系统包括：电子枪、电磁透镜和扫描电圈。（1）电子枪为了获得较高的信号强度和扫描强度，由电子枪发射的扫描电子束应该具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径5。常用的电子枪主要有两大类，共三种。一类是利用热发射效应产生电子，有钨枪和六硼化镧枪两种。钨枪寿命在30～100小时之间，价格便宜，但成像不如其他两种明亮，常作为廉价或标准SEM配置。六硼化镧枪寿命介于场致发射电子枪与钨枪之间，为200～1000小时，价格约为钨枪的十

6、倍，图像比钨枪明亮5～10倍，需要略高于钨枪的真空，一般在10-7torr以上；但比钨枪容易产生过度饱和和热激发问题。一类是利用场致发射效应产生电子，称为场发射电子枪。场发射电子枪的亮度最高、电子源直径最小，是高分辨SEM的理想电子枪。当然这种电子枪极其昂贵，且需要小于10-10torr的极高真空。但它具有至少1000小时以上的寿命，且不需要电磁透镜系统。（2）电磁透镜其功能是把电子枪的束斑逐渐聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。SEM通常有三个聚光镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。为

7、了降低电子束的发散程度，每级聚光镜都装有光阑。为了消除像散，装有消像散器。（3）扫描电圈其作用是使电子书偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子书在样品上的扫描动作和在显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。SEM中有三个扫描圈：物镜极靴内的扫描线圈是用于电子探针在样品表面扫描；观察和照相用显象管中的扫描线圈是用于控制阴极摄像管（CRT）中的电子束以便在荧光平上作同步扫描。SEM进行形貌分析时都采用光栅扫描方式。SEM的倍率放大是通过改变镜筒中扫描电圈电流大小来控制的，这样就可以改变样品扫描区域大小，进而改变倍数。（4）样品室