scanning electron microscope；SEM

定義：利用高能電子束在樣品表面掃描，通過電子束與物質間的相互作用，激發(fā)各種物理信號，收集并放大這些信號，形成電子成像的電子顯微鏡。主要用于表征樣品表面的微觀形貌。新式的掃描電子顯微鏡的分辨率可以達到1納米。

學科：生物化學與分子生物學_方法與技術_定性定量分析方法_層析技術

相關名詞：電子顯微鏡 分辨率 電子束 景深

中國科學院地質與地球物理所的科研人員在掃描電子顯微鏡下對月球樣品進行成分分析。圖片來源：視覺中國

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17世紀人類發(fā)明了光學顯微鏡，但是受到可見光波長的限制，光學顯微鏡的分辨率無法滿足深入探索微觀世界的需求。20世紀50年代，掃描電子顯微鏡（SEM）問世。后經不斷改進，SEM的分辨率、放大倍數(shù)和成像質量得到顯著提升。

SEM的主要組件包括電子槍、電磁透鏡系統(tǒng)、掃描線圈、樣品室、信號探測器和圖像顯示系統(tǒng)等。其工作原理是基于電子與物質間的相互作用。首先，電子槍發(fā)射高能電子束，經過電磁透鏡被聚焦成極細的電子束斑。當電子束斑轟擊樣品表面時，與樣品原子產生相互作用而發(fā)生反射、吸收、散射和次級電子發(fā)射等多種物理過程，產生二次電子、背散射電子、X射線等信號，信號探測器收集這些信號并轉換成電信號，經過放大和處理，最終在顯示器上形成反映樣品表面形貌、成分等信息的圖像。

SEM的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：

1.高分辨率。SEM的分辨率可達納米級別，遠高于光學顯微鏡，使研究者能夠深入了解被掃描物質的微觀結構，更好地揭示其性能與微觀形貌之間的聯(lián)系。

2.放大倍數(shù)可調范圍寬。SEM的放大倍數(shù)從幾十倍到幾十萬倍，變化范圍寬且連續(xù)可調。在高放大倍數(shù)下，SEM能夠獲得一般透射電鏡難以達到的清晰圖像。

3.景深大。SEM具有較大的景深，深度感強，能夠清晰顯示樣品的三維立體圖像。

4.制樣簡單。SEM對大多數(shù)樣品可直接觀察，不需要進行復雜的切片和染色等預處理，擴展了其應用范圍。

5.適用范圍廣。SEM可觀察導體、半導體和絕緣體等多種不同類型的樣品。

SEM是許多領域的重要分析工具：

1.在材料學中，SEM可用于觀察金屬、陶瓷、高分子等材料的晶格結構、缺陷和雜質等，評估材料的性能、優(yōu)化生產工藝，為材料的改性和優(yōu)化提供重要依據。配備的能量散射光譜（EDS）附件還可以進行成分分析。

2.在生物學中，SEM能夠觀察細胞、組織、微生物等生物樣品，揭示其結構和功能。

3.在法醫(yī)學中，SEM可對纖維、毛發(fā)、射擊殘留物等證據進行分析，為案件偵破提供關鍵線索。

4.在地質學中，SEM用于分析礦物的形貌、晶體結構以及元素組成等，為地質研究提供重要依據。

5.在考古學中，SEM用于鑒定古代文物的結構和成分、制作工藝及修復狀況，揭示文物的歷史價值。

6.在食品科學中，SEM被用于觀察食品的微觀結構和成分分布，以確保食品質量和安全。

（延伸閱讀作者：吉林農業(yè)大學資源與環(huán)境學院 洪波教授）

責任編輯：張鵬輝