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超逼真20张动图,秒懂四大电镜原理

发布时间:2022-07-07      点击次数:174

科研圈|超逼真20张动图,秒懂四大电镜原理(SEM, TEM, AFM, STM)!

材料的显微分析能获得材料的组织结构,揭示材料基本性质和基本规律,在材料测试技术中占重要的一环。对各种显微分析设备诸如SEM、TEM、AFM、STM等,各位材料届的小伙伴一定不会陌生。最近小编发现一些电镜动画,被惊艳到,原来枯燥无味的电镜可以变得这么生动,闲言少叙,下面就和大家一起来分享。



扫描电子显微镜(SEM)



扫描电镜成像是利用细聚焦高能电子束在样件表面激发各种物理信号,如二次电子、背散射电子等,通过相应的检测器来检测这些信号,信号的强度与样品表面形貌有一定的对应关系,因此,可将其转换为视频信号来调制显像管的亮度得到样品表面形貌的图像。


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SEM工作图


入射电子与样品中原子的价电子发生非弹性散射作用而损失的那部分能量(30~50eV)激发核外电子脱离原子,能量大于材料逸出功的价电子从样品表面逸出成为真空中的自由电子,此即二次电子。


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电子发射图


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二次电子探测图


二次电子试样表面状态非常敏感,能有效显示试样表面的微观形貌,分辨率可达5~10nm。


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二次电子扫描成像


入射电子达到离核很近的地方被反射,没有能量损失;既包括与原子核作用而形成的弹性背散射电子,又包括与样品核外电子作用而形成的非弹性背散射电子


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背散射电子探测图


用背反射信号进行形貌分析时,其分辨率远比二次电子低。可根据背散射电子像的亮暗程度,判别出相应区域的原子序数的相对大小,由此可对金属及其合金的显微组织进行成分分析。


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EBSD成像过程



透射电子显微镜(TEM)



透射电镜是把经加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样件上,电子与样品中的原子碰撞,而改变方向,从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此,可以形成明暗不同的影像,影像将在放大、聚焦后在成像器件上显示出来。


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TEM工作图


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TEM成像过程


STEM成像不同于平行电子束的TEM,它是利用聚集的电子束在样品上扫描来完成的,与SEM不同之处在于探测器置于试样下方,探测器接收透射电子束流或弹性散射电子束流,经放大后在荧光屏上显示出明场像和暗场像。


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STEM分析图


入射电子束照射试样表面发生弹性散射,一部分电子所损失能量值是样品中某个元素的特征值,由此获得能量损失谱(EELS),利用EELS可以对薄试样微区元素组成、化学键及电子结构等进行分析。


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EELS原理图


在材料测试中,样品自身可将碳氢污染物引入SEM,FIB和TEM样品室,长时间的电子束扫描会分解样品室里面的润滑油、真空油脂,造成碳氢污染,从而导致样品表面形成黑色碳沉积。XPS数据显示,在暴露在空气中仅一小时后,干净样品的表面就被空气中的碳氢化合物污染。不少样品自身也会引入碳氢污染。对于高分辨率FE-SEM上的低着陆能量高分辨率二次电子模式成像,二次电子主要来自很浅的表层。如果样品表面被一层碳氢化合物污染,则电子信号大部分从污染层中出来。因此,碳氢化合物污染会降低图像对比度和分辨率。


在材料测试前,我们需要预清洗SEM和TEM上的碳氢污染物,以确保其准确度。可使用Tergeo-EM台式等离子清洗机预清洁SEM和TEM。可使用空气,Ar, O2或H2气体以及不同比例的混合气体在Tergeo-EM等离子体清洗机中产生等离子体,自由基可以有效地去除样品表面上的碳氢化合物污染物。Tergeo-EM等离子清洗机是一款将浸没模式等离子体清洁(样品浸没在等离子体中)和下游模式等离子体清洁(样品放置在等离子体外)集成在一个系统中的TEM / SEM等离子清洗机 。Tergeo-EM等离子清洗机可满足从高速光阻胶灰化到柔和地清洗石墨烯、碳纳米管、DLC(类金刚石碳)、碳纤维、碳网、多孔TEM样品,以及其他超薄涂层的样品清洗。此外,*的脉冲模式可产生极短的等离子体脉冲,为精细样品进一步降低等离子体强度。获得的等离子传感器技术可实时监测等离子体强度。它可以帮助用户为不同类型的样品设置正确的清洁配方。


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