SEM-掃描電子顯微鏡

SEM

下圖為SEM（掃描電子顯微鏡）的圖片，做科研的小伙伴應該都了解過。

它跟顯微鏡有相似的地方，就是可以用來觀察物理細節(jié)，成像。但是顯微鏡由于使用的是自然光，由于可見自然光的波長問題，光學顯微鏡的使用是有局限的，放大倍數(shù)有極限，也就是分辨率有物理極限【大于200nm】，沒法突破，觀察到的最最最細節(jié)的東西就那樣，學過大物的應該還記得光柵，當間隙小到小于光波的振幅的時候，光就抖不過去了，這個跟那個意思差不多。但是電子顯微鏡，用到的不是自然，而是用的電子，電子才多大，所以放大倍數(shù)比光學顯微鏡也就高那么十萬倍。當然電子束也是有波長的，但是隨著電壓的升高，電子束速度越快，波長也就越短。

總之光電顯微鏡就是很牛逼的樣子。

最開始在文中看到這個名詞的時候，百度了一下，大概知道是什么也就算了，然后一篇論文看下來也感覺沒啥收獲。想想還是要仔細了解一下文中的細節(jié)，各個技術的詳細原理才行。

SEM原理

SEM，掃描電子顯微鏡，先說一下這個名字。方便后邊理解，首先說掃描兩個字，那就是這個顯微鏡出來的像，是一點點掃描，單點成像，拼湊出來的，每個點都是真實的，電子兩個字，是重點，SEM成像的基本原理就是電子在撞擊被觀測物體時，的時候會產生一系列相互反應，就像石頭被丟進水里一樣，會產生水波紋。

SEM就是利用這個原理。

首先由掃描纖維鏡的電子發(fā)射槍發(fā)射高速電子，聚焦，然后撞擊被觀察物理，再由另一個接收器來接受物理被撞擊后產生的如水波一樣的信號。物體被電子束撞擊后產生的信號有好多種。

如下圖中的，俄歇電子，二次電子等。

其實不難理解，物體本來就是由原子核和周圍的電子組成的，當有外來電子撞擊的時候，肯定會和現(xiàn)有的電子產生相互影響。如二次電子就是外來電子撞擊，取代現(xiàn)有電子位置，所跳躍出來的電子，就像來了第三者，原配被干掉了，當然這個過程中肯定不會就那么簡單，取代過程中肯定會有很多故事，在SEM中即表現(xiàn)為取代過程中會特征X射線之類的東西出現(xiàn)。

SEM能干什么

總之在電子撞擊物體過程會產生很多別的儀器能夠檢測的型號，不同的信號能夠用來分析出關于被測物體的不同特征信息。

這里放一個表格，大家看一下：

所以可以看到，掃描電鏡除了能夠看到被觀察物體的清晰結構外，還可以看到和分析出被測物體的很多其他信息。

首先是成像，掃描電鏡因為所成的像是一個個點掃描出來的，最高可達所以分辨率很高，3nm左右，也就是十二倍原子大小的樣子。給大家配一個圖：

這就是電鏡掃描出來的圖片，可以清晰地看到材料是怎么個結構，而且成像一點也不失真，這是一個個點實實在在拼出來的，不像數(shù)碼相機，對得到的像素進行了調整，壓縮，篩選的。這個圖像有點像前段時間網絡上公布的黑洞照片，那個照片也是用相關信號一個個像素點地觀測，然后經過計算拼出來的，當時檢測出來的信號數(shù)據來計算像素點好像就算了幾年。

掃面電鏡成像，主要是根據接受器接受電子撞擊物體產生的二次電子信號，然后通過特定算法算出來的，其算出來的圖像。

下面貼一張電子發(fā)射槍和周圍兩個接收器的圖片：

由于二次電子的產生量，跟樣品表面的起伏度有關，所以二次電子的立體感比較好。與此類似的還有散射電子信號，散射電子的產生量，跟樣品原子序數(shù)有關，所以根據檢測散射電子信號算出來的圖像其材料對比度更見清晰，能看出來觀測物體由幾種元素組成。

這些都是能形成我們能直觀看到的圖像的。

還有一些其他信號，可以用來觀測其他的，但是需要在設備上添加其他的信號接收器，配置相應的計算軟件，和參考數(shù)據庫。比如特征X射線，前面提到的。

這里貼一張射線產生（第三者入侵過程產生的信號，層內電子躍遷）

<Object:word/embeddings/oleObject1.bin>

由于不同元素，層內電子躍遷產生的信號不一樣，根據特征X射線跟參考數(shù)據庫對比就能清楚分析出材料中所包含的元素種類，以及含量。

以上這些功能（部分）科廣泛應用于各個領域的研究，包括生物，醫(yī)學，材料，化學等，用于結構分析，元素分析，納米技術研究等。很牛逼，用好了月薪上萬不是夢。

SEM的優(yōu)點

掃描電鏡差不多就是上面說的那么個東西。

之所以那么厲害，首先就是，1、他成像清晰，且放大倍數(shù)超乎想象，可以達到幾十萬倍，是光學顯微鏡所遠遠不能及的，幾乎它的出現(xiàn)可以說讓研究進入到一個全新的境界。2、景深大3、除了成像以外，還可以加持其他設備，進行更加細致的分析，功能多樣化。如SEM-EDS就是掃描電鏡，配一個微區(qū)分析成分的能譜儀，用于檢測元素總類和含量的。

這里普及一下景深的概念，也是在寫的過程中去弄明白的。簡單說，舉個例子，我們手機拍照時，聚焦到一個物體上時，我們能清晰地看清楚這個點的內容，而在這個點的前面和后邊一定范圍內，沒有被嚴重虛化，人肉眼還能看清楚的范圍就叫景深。

配個圖

掃描電鏡圖像