离子显微镜 原理

离子显微镜

E.W.弥勒于1951年发明的一种分辨率极高 (2～3┱)、能直接用于观察金属表面原子的分析装置,简称FIM。

FIM(Field Ion Microscope)是最早达到原子分辨率，也就是最早能看得到原子尺度的显微镜。只是要用FIM看像，样品得先处理成针状，可不是粗针、细针都行喔，针的末端曲率半径约在200~1000埃。(1埃 = 10-10公尺)把样品置于真空极佳的空间中，藉由和低温物的接触将其温度降到液态氮的温度以下。在空间中放入成像气体，可能为He、Ne、Ar等气体，视不同样品而定。等以上这些看像的事前工作都准备好，我们才加给样品正高压使附着在样品上的成像气体解离成带正电的阳离子，带正电的气体离子接着被电场加速射出，打到接收器讯号被放大，以电子射到荧光屏幕，我们就能在屏幕上看到一颗一颗的原子亮点。FIM是点投影的显微镜，结构很简单。但与通常的高分辨率电子显微镜不同，它成像时不使用磁或静电透镜，是由所谓成像气体的“场电离”过程来完成的。

FIM的演进

FIM是1956年Erwin W. Mueller发明。由FEM(Field Emission Microscope)发展来的。FEM的样品同样也得作成针状，在真空的环境中成像，不过样品上我们加的是负的高压，样品达到足够的负高压时，会放出电子打到荧光幕产生亮点，而这个亮点代表的并非一颗原子，是样品上一片区域，这个区域电子在同样的负高压作用下都会射出电子。因为电子在横向上 (和样品表面平行的方向) 速度分量造成绕射的情况，使得FEM的分辨率只能达到20到25埃(要看到原子分辨率至少要小于1埃)。Erwin W. Mueller做了什么事改善了分辨率呢？他加了成像气体用正高压使其解离成阳离子，并被加速射到屏幕，成像气体比电子重，而且在低温的情况下，其横向速度分量小多了，提高了分辨率，FIM便如此产生了！在此最初的FIM之后，有人对影像明暗对比、真空情况、样品冷却处理等方面渐渐改善，使得其功能愈来愈良好。

其它的原子解析显微镜

到了1970年，又有新的看得到原子的显微镜出现，SEM(Scanning Electron Microscope)只是它只能看到重原子。1983年又有STM(Scanning tunneling Microscope)此种显微镜的样品便不再只限制成针状，可用来看像的样品范围更大了。另外还有TEM，样品要切成一片很薄的膜，技术上比较困难，而且会将样品结构破坏，价钱亦较昂贵。虽说原子解析技术不再被FIM独占，但目前能有与多的研究或实验需要靠FIM才能做，像是单独原子，或单一原子团在特定的表面之原子运动过程。这些可都一定少不了FIM的！

FIM以及APFIM不仅可用于观察固体表面原子的排列，研究各种晶体缺陷（空位、位错以及晶界等），而且利用场蒸发还能观察从表面到体内的原子的三维分布状况。早期的FIM研究，主要着重于金属表面的结构缺陷,合金的晶界，偏析以及有序－无序相变和辐照损伤等。现在已逐步扩展到表面吸附、表面扩散、表面原子相互作用以及由温度或电场诱导的各种表面超结构的研究（由于APFIM的出现，近年来各种FIM研究都已进入定量化阶段。

最主要的区别是：SEM是通过反射的方式采集信号

TEM是通过透射的方式采集信号

1、样品属性大概必须都是固体，干燥、无油、尽量导电。TEM获得材料某个剖面的组织形态，sem获得的是材料表面或者是断面的组织形态。透射电镜不可以看表面形貌，而扫描电镜所观察的断面或者表面的组织形态可以间接表征材料的内部某个剖面的的组织形态。TEM分辨率高，可以观察原子晶格像，而扫描电镜分辨率低，最多只能表征由几十或者几百个原子形成的纳米相--可以叫做晶粒或者功能团。

2、扫描电镜制备简单，可直接观察样品表面或者断面；TEM样品制备复杂精细，材料必须用专用制样设备，制备成几个微米甚至100nm厚度的薄片

3、材料有里有面，全方位了解材料的微观组织结构需要从低倍到高倍的表征。

介孔Pt纤维。左起依次是场发射扫描式电子显微镜、高分辨率扫描式电子显微镜、透射电子显微镜拍摄的照片。

楼主看出用途的差别了吗？

照片a 只能用扫描看，不能用透射。照片b和c是照片a中的一个纤维，可以用扫描也可以用透射观察！有差别但很相似

SEM通过电子来使样本放大50万倍，相当于将1毫米放大到500米。同时，SEM也可以分析样品的组成元素。SEM产生电子束撞击样品原子的电子层，产生X射线，释放不同程度的能力，从而判断原子的种类。这项技术也被称为X射线微探技术，对于分析枪击痕迹非常有用。

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