扫描电镜的原理|发展

　　扫描电镜全称扫描电子显微镜(SEM)，是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。

扫描电镜是什么

　　扫描电镜即扫描电子显微镜，通过电子和物质之间的相互作用制造。

　　在医药领域应用扫描电镜，可以对较为微观的组织更加清晰的观察到，因此具有较好的可视化效果。并且该技术具有较高的分辨率，因此微观表面缺乏平整性，也可通过该技术进行细微的观察。该技术所具有的优势，使其在研究材料的领域中得到了广泛应用。

　　应用扫描电镜有利于促进其他领域的进步，并且可对工业领域产生一定的影响。在医药领域中应用扫描电镜技术，更是具有不可忽视的作用。无论是对生药质量进行控制，还是研究相应的药物等方面，扫描电镜技术都具有不可或缺的作用。

扫描电镜的工作原理

　　扫描电镜的是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了标本的表面结构。为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。

　　扫描电镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征X射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动(声子)、电子振荡(等离子体)。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。扫描电镜正是根据上述不同信息产生的机理，采用不同的信息检测器，使选择检测得以实现。如对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌的信息;对X射线的采集，可得到物质化学成分的信息。正因如此，根据不同需求，可制造出功能配置不同的扫描电镜。

扫描电镜的发展

　　1873年解像力和照射光的波长成反比的理论以及1897年电子的发现都为挂技术的诞生提供了有力的支持。1924年电子本身具有波动的物理特性的提出，为电子显微镜提供了有力的理论支持。1926年电子可像光线一样可通过玻璃透镜发生偏折的理论被提出，而在1931年那穿透式电子显微镜的原型机诞生。这些都为扫描电镜理念的提出和成功提供了基础，在1935年至1942年期间该理念被提出，并通过反复的研制取得了一定的成功。

　　在1942年至1965年期间，扫描电镜技术逐渐具有实用性，并逐渐向商品化方向发展。在此之后扫描电镜愈发精细化，相关人员不断的研究，在很大程度上促进了扫描电镜分辨率的提升，并且提高了其真空度，提高了抗干扰的能力等。在1968年时场发射扫描电镜研发成功，进一步使扫描电镜的分辨率提高，并且电子枪由以往的钨灯丝装逼安慰场致发射电子枪，从而实现了电子发射时所消耗的电子能量的降低。

　　我国在上世纪七十年代自主研发扫描电镜。之后再进行扫描电镜的研究时，通常融入了其他的技术，有利于增加扫描电镜的功能。如在扫描电镜体系中引入了能谱仪，从而使扫描电镜的实用性进一步提升。使扫描电镜在对微观组织的结构进行观察试样的同时，还可以测定试样中的微量元素的成分在扫描电镜中引入波谱仪，可以使分析成分的能力高。低真空扫描电镜和其他分支的出现，在很大程度上促进了扫描电镜的发展与进步。

　　2002年冷场发射S4800型号的扫描电镜问世，该型号的扫描电镜具有更高的分辨率，并且对纳米材料可清晰准确的观察，因此在纳米材料的研究领域中得到了应用，将其应用到医药领域，同样具有较好的效果。

扫描电镜的优缺点

　　扫描电镜的优点是：①有较高的放大倍数，30～30万倍之间连续可调;②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构;③试样制备简单。目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析。因此，它是当今十分有用的科学研究仪器。

　　各类扫描电镜也都有自己的优缺点。钨灯丝扫描电镜的灯丝寿命比较短，需要经常更换灯丝，日常的维护比较繁琐，但仪器价格比较适中。钨灯丝扫描电镜相比场发射扫描电镜分辨率较低，但对电子枪真空度要求不高，可以装配成超大样品仓满足特殊观察需要。场发射扫描电镜具有超高分辨率，能够观察纳米级的细节，灯丝寿命长，后续维护成本低，但仪器比较昂贵，对真空度要求也比较高。热场与冷场相比，热场扫描电镜在综合分析上略胜一筹。