SEM扫描电镜图怎么看，图上各参数都代表什么意思

1、放大率：

与普通光学显微镜不同，在SEM中，是通过控制扫描区域的大小来控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要扫描更小的一块面积就可以了。放大率由屏幕/照片面积除以扫描面积得到。

所以，SEM中，透镜与放大率无关。

2、场深：

在SEM中，位于焦平面上下的一小层区域内的样品点都可以得到良好的会焦而成象。这一小层的厚度称为场深，通常为几纳米厚，所以，SEM可以用于纳米级样品的三维成像。

3、作用体积：

电子束不仅仅与样品表层原子发生作用，它实际上与一定厚度范围内的样品原子发生作用，所以存在一个作用“体积”。

4、工作距离：

工作距离指从物镜到样品最高点的垂直距离。

如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下获得更大的场深。如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况下获得更高的分辨率。通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间。

5、成象：

次级电子和背散射电子可以用于成象，但后者不如前者，所以通常使用次级电子。

6、表面分析：

欧革电子、特征X射线、背散射电子的产生过程均与样品原子性质有关，所以可以用于成分分析。但由于电子束只能穿透样品表面很浅的一层（参见作用体积），所以只能用于表面分析。

表面分析以特征X射线分析最常用，所用到的探测器有两种：能谱分析仪与波谱分析仪。前者速度快但精度不高，后者非常精确，可以检测到“痕迹元素”的存在但耗时太长。

观察方法：

如果图像是规则的（具螺旋对称的活体高分子物质或结晶），则将电镜像放在光衍射计上可容易地观察图像的平行周期性。

尤其用光过滤法，即只留衍射像上有周期性的衍射斑，将其他部分遮蔽使重新衍射，则会得到背景干扰少的鲜明图像。

扩展资料：

SEM扫描电镜图的分析方法：

从干扰严重的电镜照片中找出真实图像的方法。在电镜照片中，有时因为背景干扰严重，只用肉眼观察不能判断出目的物的图像。

图像与其衍射像之间存在着数学的傅立叶变换关系，所以将电镜像用光度计扫描，使各点的浓淡数值化，将之进行傅立叶变换，便可求出衍射像〔衍射斑的强度（振幅的2乘）和其相位〕。

将其相位与从电子衍射或X射线衍射强度所得的振幅组合起来进行傅立叶变换，则会得到更鲜明的图像。此法对属于活体膜之一的紫膜等一些由二维结晶所成的材料特别适用。

扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。

参考资料：百度百科-扫描电子显微镜

一、曲秀荣

1、材料分类：（1）结构材料：力学性能、热学性能。（2）功能材料：热电、压电、铁电、发光

2、微观组成:状块材料、纳米材料

3、纳米特点：比面积大①高的活性 ②韧性 ③磁学性能 ④量子隧道效应

20世纪的两大话题能源环境 LETTERS

4、热电材料的优点：是绿色能源①体积小（例如：热电发电、热电制冷、发电系统） ②重量轻 ③结构简单 ④坚固耐用 ⑤无需运动部件 ⑥无磨损 ⑦无噪音 ⑧无污染 ⑨无需监控操作

5、热电材料的应用：（1）温差电池（热电芯片、手机用的电池）（2）小汽车的发电系统（3）空间站的热电能转换装置，深海作业的热电能转换装置

6、热电制冷的应用：①变协式冰箱 ②空调 ③手术刀

7、热电材料及热点效应的基础知识

①什么事热电材料？（热电材料发电效率低）

定义：一种利用固体内部载流子运动，实现热能的电能直接相互转换的功能材料

8、新材料的探索：（有哪些材料）

答： Bi Te / Sb Te 体系 PbTe体系 SiGe体系 CoSb 为代表的方钴 型热电材料 Zn Sb金属硅化物（如 —FeSi 、MnSi 、CrSi 等） NaCo O 为代表氧化物

9、什么是热电材料？

答：热电材料也是温差材料，是一种利用固体内部载流子运动，实现热能和电能相互转化的功能材料

10、什么是热电效应？（简）

答：热电效应是电流引起的可逆热效应和温差引起的电效应的总称。

包括Seebeck效应 Peltier效应 和 Thomson效应

赛贝克 帕尔贴 汤姆逊

11、赛贝克效应：当两种不同导体构成闭合电路时，如果两个接点的温度不同，则两接点间有电动势产生，且在回路中有电流通过，即温差电现象或Seebeck效应（可能为简、填、选）

论+应 主要应用：①用采热电发电 例如：利用放射性同位素做热源给航天器空间站发电②还可利用海洋温差、太阳能等发电 ③汽车尾气等废热发电 ④可以用于偏远山村供电以及深海作业供电(论=概+应）

12、Peltier效应：当电流通过两个不同导体形成的接点时，接点处会发生放热或吸热现象，称为Peltier效应 当半导体通以电流时，两端会有温差现象出现，此现象为帕尔贴效应（应用：热电效应 用于冰箱、空调、计算机系统、手术刀等）

13、热电材料用于发电和这冷目前存在的问题是什么？解决办法有哪些？答：与常规能源相比热电转换效率低 解决办法：提高材料的热电性能①探索新材料 ②将材料低维化

14、帕Peltier的特点：体积小、重量轻、结构简单、坚固耐用、无需运动部件、无磨损、无噪音、无污染

15、热电转换装置，热电材料用于发电和制冷，存在的问题是什么及解决办法？答：热电转换效率低

一维ZnO纳米材料简介（高红）

1、半导体简介 2研究一维ZnO纳米材料的意义 3、一维ZnO纳米结构的生长

1、半导体

什么是半导体？在绝缘体和导体之间，没有明显界限

半导体的特征？对外界条件（力、热、光、电、磁、杂质等）变化非常敏感

半导体的应用：计算机芯片、发光材料、传感器

常见半导体：Si（硅）Ge（锗）ZnO（氧化锌）

2、研究一维ZnO纳米材料的意义

2.1纳米材料的定义

纳米材料：是指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸1—100纳米。包括纳米颗粒、纳米线、纳米超薄膜、夹层结构、多层膜和超晶格等材料

2.2纳米材料的效应：小尺寸效应、量子效应、表面效应

小尺寸效应：由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应

量子效应：一是纳米粒子尺寸小到某一值时，在费米能级附近的电子能级是由准连续变为离散的现象 二是纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能级间隔变宽，出现蓝移的现象

表面效应：粒子的大小与表面原子数的关系

直径/nm 1 5 10 100

原子总数/N 30 4000 3000 300000

表面原子百分比/表面积 100 40 20 2

纳米材料的表面积大大增加，表面结构也发生很大的变化。因此，与表面状态有关的吸附、催化以及扩散等物理化学性质。

2、ZnO一维纳米材料的性质：⑴、直接带隙宽禁带半导体（3.4eV）⑵、具有高自由激子束缚能（室温60meV）⑶、紫外发光材料⑷、光电、压电、气敏、生物安全等特性⑸、一维纳米材料的特性

3、研究意义

3.1制备方法：化学气相沉积、脉冲激光沉积（经常用） 水热法

一维ZnO纳米材料的表征

3.1、形貌表征（SEM）

3.2、晶体结构表征（XRD）

3.3、微观晶格结构表征（HRTEM）

3.4、成分表征（EDX）

3.5、光学性质表征（PL，Raman）

稀土及其发光（孟庆裕）

一、什么是稀土

1.1稀土的定义

答：稀土是稀土类元素群的总称。包含钪Sc、钇Y及元素周期表的ⅢB族镧系中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Gd、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu共17个元素。稀土元素的单质都属于有色金属。

⑴、传统领域：农业、冶金、石化、玻璃、陶瓷、机械加工、照明光源

⑵、高新科技领域：新型照明与显示技术、储氢技术、激光材料、光通信、精密陶瓷、高温超导、精细化学催化剂

1.2、稀土的分类：稀土元素分为“轻稀土元素”和“重稀土材料”。“轻稀土材料”指原子序数较小的钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm

2.1、什么是发光

答：发光石物体内部以某种方式吸收能量后转化为光辐射的过程（概括的说，发光就是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，而这种多余能量的发射过程具有一定的持续时间）

发光是热辐射之外的一种辐射，这种辐射的持续时间超过光的振动周期。（广播的振动周期的量级在10 秒以下，而发光的辐射期间在10 秒以上。因此，用辐射期间作为判据，很容易把发光与反射、散射这类辐射区分开来。

2.2、稀土元素的价态

答：稀土离子在固中一般呈现三价，镧系元素中的某些元素还有二价和四价

2.3、什么样离子容易变成+2价或+3价，为什么？

答：4f电子轨道全空、半充满和全充满电子的稀土离子为稳定态，如La 、Gd 、Lu 和Y ，它们结构稳定，具有光学惰性，很适合作为发光的材料的基质。而一些三价稀土离子的4f轨道中比稳定态一或二个电子为趋于稳定态，它们易失去一个电子而被氧化为+4价，而另一些三价稀土离子比稳定态少一或两个电子为趋于稳定态，它们易被还原为+2价

2.4、稀土离子发光的特点

答：对于三价稀土离子，由于4f 电子在空间上受到5s 5p 电子的屏蔽，因此，几乎不受配体的影响，故4f—4f跃迁的光谱有如下特点①光谱呈狭窄线状 ②谱线强度较低 ③跃迁概率很小，激发态寿命较长

2.5、5d到4f跃迁的特点？

答：5d—4f跃迁 =1，根据选择定则，这种跃迁是允许的，并且5d处于外层，5d—4f跃迁受晶体场影响较大，所以5d—4f跃迁发光的特点与4f—4f跃迁几乎完全相反，其光谱呈现带宽，强度较高，荧光寿命的特点

光的强度随波长的变化就叫光谱

2.6常见的稀土发光材料？

光源：日光灯 BaMg Al O Eu

Mg Al OCeTe 特

Y OEu 有

高压汞灯 Y（Pv）OEu YUOEnTb

黑光灯YPOCe Tb MgSrBFEu

固体光源 YAG Ge

一、纳米技术

纳米是一个尺度的量度1nm=10 m

纳米科技是和研究由尺寸在1点10 nm之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术

二、纳米材料具有的基本特性

⑴、表面效应

纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数的比值随粒径的变小而急剧增大，引起的性质上的变化，由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来。所以纳米材料具有很高的化学活性。

⑵、小尺寸效应

当纳米微粒尺寸与光波的波长，传导电子的德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征，尺寸相当时，晶体周期性的边界条件将被破坏，声、光、电、磁、热、力学等特征是新的物理性质的变化称为小尺寸效应。

⑶、量子尺寸效应

当粒子尺寸下降到一定值时，金属费米能级附近的电子能级会由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能级变宽现象，这称为量子尺寸效应。

⑷、宏观量子隧道效应

隧道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力，人们发现一些宏观量，如磁化强度，量子相于器中的隧道通量等具有隧道效应，称之为宏观量子轨道效应

⑸、尺寸限制效应（体积效应）

当物体体积减小时与体积密切相关的性质将发生变化，如半导体电子自由程变小，磁体的磁区变小，能量传输的范围变小等，这就是体积效应

三、由于以上几种效应存在，纳米材料呈现如下巨大应用潜力的宏观物理和化学性能：⑴、高强度的高韧性⑵、高热膨胀系数、高比热容和低熔点⑶、特殊的电磁学性质⑷、较高的化学活性⑸、极强的吸波性

投影显示技术（孙文军）

1、分类

2、结构高度 投影机 电压值 芯片 光 光学 屏幕

3、评价体系

4、投影显示种类

⑴、CRT ⑵、LCD ⑶、DLP ⑷、LCOS

5、投影显示的光源

⑴、卤素灯 ⑵UHP ⑶LED

6、光学调制（空间调制器）

LCD（透射)PDPLCOS（透射式） DLP

加电压与输出亮度为线性

被动发光：（1）照明光均匀性（2）输出截面与芯片相匹配（3）亮度

颜色的合成

1、空间合成R+G+B=W

2、时间合成C+M+Y=B

芯片DL中：（1）不需偏振（2）矩形（3）均匀化（4）结构简单化（5）能量利用率高

半导体量子级联激光器①波导层 ①工作物质

一、结构②作电极 ②激励条件

二、粒子数反转③粒子数反转

三、半导体中电子能级结构 ④谐振腔

四、如何实现粒子数反转 激励条件：外加电场Fo、内部极化场Fp

胡建民

地球辐射带

电子0~7MeV

航天器常见轨道的环境特点

低地球轨道：200—1000km 微流星和空间碎片

中地球轨道：约2000km 高能粒子

空间环境模拟器

热真空环境模拟器

空间动力学模拟器

空间组合环境模拟器

如何实现等效？

空间环境粒子 地面实验粒子

通量连续 通量单一

能谱连续 单能粒子

多种粒子 一种粒子

太阳能电池

1、JPL等效注量法

优点：传统：1980年提出 1982Si 1996GaAs

应用广泛，形成成熟的评价系统

考虑了低能粒子的损伤效应

缺点：过程繁琐，实验数据过多（4e+8P）

与电池设计参数关系密切

2、位移损伤剂量法

优点：所需的地面实验数据较少，地面粒子的能量选取方便

评价方法简单易行

缺点：1995年提出，方法较新，缺少前期研究基础

更适用于厚度较薄的电池（几个 m)

没有考虑低能粒子的辐照损伤效应

3、目前空间电池的分类与应用

⑴、单晶硅太阳电池

①1958年3月，美国先锋号首次用太阳电池板供电

②价格低廉，工艺简单

⑵、GaAs/Ge单结太阳电池

①1983年，美国首次在LIPS卫星使用，共计1800片

②1986年，前苏联和平号空间站全部使用

③2002年3月25日，神舟3号进行搭载试验

⑶、GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池

①1997年，美国HP系列卫星开始使用双结电池

②2002年，美GaLaxy卫星首次使用三结电池

4、……关键：

⑴、确定辐照缺陷的类型浓度等参数

⑵、建立太阳电池的辐照损伤模型

5、揭示损伤机理的关键

⑴、探测辐照损伤缺陷的类型浓度分布

针对缺陷类型提高电池材料的抗辐射能力

根据缺陷浓度和粒子能量提高防护方法

⑵、建立辐射损伤的物理模型

为了提高电池的抗辐射能力提供理论依据

可以科学评价电池在轨行为，对于提高航天器在轨运行的稳定性和可靠性具有重要意义

燃料电池（李仲秋）

一、概述

工作原理：从正极处的氢气中抽取电子。（氢气被电化学氧化掉或称燃烧掉了）这些负电子流到导电的正极，同时，余下的正原子通过电解液被送到负极，在负极，离子与氧气发生反应并从负极吸收电子。这一反应的产品是电流、热量和水

二、燃料电池技术分类

燃料电池的种类按不同的方法可大致分类如下：

1、按燃料电池的运行机理分 分为酸性燃料电池和碱性燃料电池

2、按电解质的种类不同有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质 碱性燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池，质子交换膜燃料电池

3、按燃料类型分 有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料，汽油、柴油和天然气等气体燃料

4、按燃料电池工作温度分有低温型，温度低于200℃，中温型温度为200~750℃，高温型，温度高于750℃

激光、芯片和量子电路都可以从这种模糊的现象中受益

自2007年拓扑绝缘体首次问世以来，这种内部绝缘、外部导电的新型材料激发了研究人员对其在电子领域的潜力的兴趣。然而，一种相关但更模糊的材料——拓扑光子，可能会首先达到实际应用。

拓扑学是数学的一个分支，研究形状的哪些方面能承受变形。例如，一个形状像环的物体可以变形成杯子形状，环上的孔形成了杯子柄上的孔，但是不能变形成没有孔的形状。

利用拓扑学知识，研究人员开发了拓扑绝缘体。沿这些材料的边缘或表面移动的电子能强烈地抵抗任何可能阻碍它们流动的干扰，就像变形环上的空穴能抵抗任何变化一样。

最近，科学家们设计了一种光子拓扑绝缘体，在这种绝缘体中，光具有类似的“拓扑保护”。“这些材料在结构上有规律的变化，使得特定波长的光沿着它们的表面流动，而不会散射或损失，甚至在角落和缺陷周围。”

拓扑光子学的三个有前途的潜在用途：

扫描电子显微镜图像中显示的电子驱动拓扑激光以太赫兹频率工作。

拓扑激光在这些新材料的第一个实际应用中可能是包含拓扑保护激光。例如，南加州大学的Mercedeh Khajavikhan和她的同事们开发了拓扑激光器，这种激光器比传统设备更有效，而且被证明更能抵抗缺陷。

第一个拓扑激光器每一个都需要一个外部激光来激发它们工作，但限制了实际应用。然而，新加坡和英国的科学家最近开发了一种电力驱动的拓扑激光器。

研究人员首先将砷化镓和砷化铝层夹在一起制成晶圆。当带电时，晶圆片发出明亮的光。

科学家们在晶圆片上钻了一个晶格孔。每个孔就像一个等边三角形，四角被削掉了。格子周围是形状相同的洞，方向相反。

晶圆片上受拓扑保护的光沿着不同孔组之间的界面流动，并以激光束的形式从附近通道中出现。新加坡南洋理工大学的电气和光学工程师王奇杰介绍，该设备被证明具有很强的抗缺陷能力。

激光工作在太赫兹频率，这对成像和安检是有用的。Khajavikhan和她的同事们现在正在开发一种可以在近红外波段工作的激光雷达，可能用于电信、成像和激光雷达。

扫描电子显微镜(SEM)图像显示了宾夕法尼亚大学开发的一种光子拓扑绝缘体。

通过使用光子而不是电子，光子芯片有望比传统电子设备更快地处理数据，这可能支持5G甚至6G网络的高容量数据路由。光子拓扑绝缘子在光子芯片中具有特殊的应用价值，可以引导光绕过缺陷。

然而，拓扑保护只在材料的外部起作用，这意味着光子拓扑绝缘体的内部有效地浪费了空间，极大地限制了这种设备的紧凑程度。

为了解决这个问题，宾夕法尼亚大学的光学工程师梁峰和他的同事们开发了一种具有边缘的光子拓扑绝缘体，他们可以对其进行重新配置，这样整个设备就可以传输数据。他们制造了一个250微米宽的光子芯片，并在上面蚀刻了椭圆环。通过外部激光泵入芯片，他们可以改变单个光圈的光学特性，这样“我们就可以把光送到芯片中我们想要的任何地方，”冯介绍到。——从任何输入端口到任何输出端口，甚至是一次多个输出端口。

总而言之，该芯片承载的端口数是目前最先进的光子路由器和交换机的数百倍。研究人员现在正在开发一种集成的方式来完成这项任务，而不是要求用芯片外的激光来重新配置芯片。

这幅艺术家的渲染图显示了受地形保护的光子在硅波导中移动。

在理论上基于量子位元的量子计算机是非常强大的。但是基于超导电路和捕获离子的量子位很容易受到电磁干扰，因此很难扩展到有用的机器上。但基于光子的量子位元可以避免这类问题。

量子计算机只有在它们的量子位元被“纠缠”，或连接在一起作为一个量子位元时才能工作。纠缠态是非常脆弱的，研究人员希望拓扑保护可以保护光子量子位元不受散射和当光子遇到不可避免的制造错误时可能发生的其他干扰。

光子科学家Andrea Blanco-Redondo现在是诺基亚贝尔实验室硅光子学的负责人，她和她的同事们制作了硅纳米线的格子，每条宽450纳米，并将它们平行排列。晶格中的纳米线偶尔会被两道粗缝与其它纳米线隔开。这在晶格中产生了两种不同的拓扑结构，而沿着这些拓扑结构边界向下移动的纠缠光子在拓扑结构上得到了保护，即使研究人员在晶格上添加了缺陷。希望这种拓扑保护可以帮助基于光的量子计算机解决远远超出主流计算机能力的问题。

利用拓扑光子学创造激光束，性能出乎意料的优秀

光纤激光器是最为广泛应用的一种激光器。根据预测，全球光纤激光器的销售额将由 2017年的 15.90 亿美元增加到 2020 年的 25.00 亿美元，年复合增长率为 16.28%。随着激光器的急速发展，相应的，各国在激光技术上的研究也从未停止过。

在最新的研究中，以色列海法Technion研究所的Mordechai Segev及其团队基于拓扑光子学创造了一个激光束，且其中的光波是同相的。这就意味着该技术的能量损耗将会更低，即激光发射效率更高。

实验中，研究团队将一系列圆形通道蚀刻到半导体材料芯片的表面，并从芯片上方将红外光投射到该结构上，这些圆形通道精确捕获特定波长的光波，然后使光波从一个环路移动到下一个环路，以形成光子系统。

但是在光子系统中，波传播的方向是可逆的，这样会导致能量损耗。去年，在加利福尼亚大学BoubacarKanté的研究中，他采用磁场来限制波的传播来解决这个问题；与之不同的是，此次Segev采用的是，圆形通道的不对称设计，该设计本身就会优先筛选波的一个方向的传播，这样不但避免了能量损耗的问题，还使得循环光脉冲被增强或放大。

两种方法有着本质的区别，虽然BoubacarKanté的方法形成了激光束，但是利用磁场对其进行限制或多或少对激光束的发射能量进行了削弱，而Segev的改进则要巧妙得多。

对此，Segev说道：“这要得益于拓扑保护，该系统完美的告诉我们不完美的恰恰是最稳定的。”

“大多数物理学家怀疑拓扑光子学会和激光产生兼容，从而导致发射不了激光，但事实上，这些系统通常比我们现有的系统更容易工作。”

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