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
世界首次成功测量原子间的结合力
近日日本北陆先端科学技术大学的先端科学技术研究科应用物理学领域的大岛义文教授等成功测量了原子间的结合力。其研究成果“Peculiar Atomic Bond Nature in Platinum Monatomic Chains”发表在影响因子为11.238的期刊《Nano Letters》上。
***什么是原子间的结合力***
原子之间的作用力,实际上就是电磁力。究竟是怎样的电磁力呢?我们知道原子空间绝大部分是电子的运动空间,原子核位于相对中心的较小区域,原子与原子核电量总体处于平衡状态。是总体处于平衡,这是我们必须清楚的地方。但具体到原子的某一部分空间是不平衡的,比如,原子核附近的空间是正电处于优势,原子外围空间自然是负电处于优势。两个原子之间接触的表面自然属于外围空间,自然都是负电占据优势,原子之间自然是相互排斥的,这当然是原子之间在一定距离范围内的情况。超过一定的距离,原子之间的排斥力就很小了,这样的原子间隔应该就是原子之间的正常距离了。
***计算原子间的结合力为何很复杂***
原子并不是我们想象中的单个个体,而是由原子核和外围的众多电子组成的。它们在量子力学的法则下,通过原子内的作用力,组成了一个复杂的量子系统。
而且,原子内各个成员的小动作太多。比方说,许多原子核有好几种办法自转,每个核外的外层电子可以在几个空轨道之间乱窜。电子或电子的电量并不是均匀分布到原子的外围空间,而是环绕原子核运动。我们知道运动的电子会产生磁场,涡旋运动的电子形成的磁场会呈现为一个小磁针状态的可以分为正极和负极的磁场,也就是我们说的偶极子磁场。
因此,原子间不同的化学反应,原子内部各成分的运动状态都会影响其作用力,无论应用量子力学还是经典计算机都很难通过理论计算来得知它们的作用力大小。
***那我们怎么测量原子间的结合力***
材料的性质由原子间的几何排列及原子间内部键结合形态而决定。原子的排列一般是链状结构,具有一维力学性质,然而对于一维力学性质,原子的微弱移动也很敏感,这大大增加了原子间力的测量难度。如果能够搞清楚原子的几何排列结构和其相关的力学性质,我们就可以根据一维力学的结构原理来分析。那么首先要做的是开发一种具备一维力学原理的电子设备或者传感器来捕捉原子的运动轨迹。在大岛义文教授等的研究中,将一个细长的水晶谐振子放入到一个可以直接观测原子排列的透射式电子显微镜电子枪中,通过显微力学原理测量法来探究原子的排列和其力学关系。这里面为什么要用到透射式电子显微镜呢?
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM),可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构,这些结构称为亚显微结构或超微结构。要想看清这些结构,就必须选择波长更短的光源,以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜,电子束的波长要比可见光和紫外光短得多,并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比,也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。
透射式电子显微镜成像采用平行入射电子束照射样品,后续的电磁透镜通过同时聚焦从样品各个像素点发出的不同散射方向透射电子(TE-transmission electron),从而对电子束照射区域进行放大成像,通过调节中间的电磁透镜焦距,可实现放大倍数调节,最后用投影镜将物像照射在图像记录或显示上;SEM/STEM使用汇聚电子束照射样品 ,逐点扫描成像,空间分辨率和汇聚电子束束斑直径相关,通过改变电子束扫描区域大小来改变放大倍数。
在这种方法中,在与白金原子接触后,水晶谐振子的共振周期会由于他们的相互作用而发生变化。共振周期的变化与物质的等价弹性系数相对应,通过观测水晶谐振子的共振周期的这种变化,间接测量纳米级或原子级物质间的作用力。水晶谐振子的振动振幅一般在27皮米(1皮米=10-12米),大约是氧原子半径的1/2。而利用透射式电子显微镜可以很容易看清楚原子的轮廓。
在他们的研究中,显微镜电子枪内部放置150个白金的原子链,在此之前研究白金原子的特性时发现,确定白金原子链间的结合强度为25N/m。这个结合力比白金的块状晶体(Bulk crystal)的原子结合强度20N/m还要大。另外,原子间结合链(0.25nm)的最大伸长长度最大为0.06nm,其弹性变形大约为24%,而块状晶体的弹性变形大约只有5%。
结合第一原理的计算结果,这种特有的原子结合性质,并非是白金原子链的能量上最稳定的构造,而是结构形成的最小必要张力而产生的原子链结合。
***结语***
我们如果能够准确掌握分子或原子间作用力的大小,对于纳米级材料的研究会有很大的帮助,使我们更容易地理解材料的物理和化学性质,进而可以更进一步地研究开发新型材料应用于各个领域。
参考文献
1. [endif] https://www.shutterstock.com/image-illustration/3d-illustration-structure-graphene-tube-abstract-1410015179
2. [endif] http://mozi.ustc.edu.cn/index/info/239
3. [endif] https://microbenotes.com/transmission-electron-microscope-tem/
4. [endif] https://research-er.jp/articles/view/98927
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