6
掃描電子顯微鏡：為研究微觀世界提供強大的手段
掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)是一種利用高能電子束掃描樣品表面，通過收集激發的二次電子、背散射電子及特征X射線等信號，生成高分辨率微觀圖像的儀器。其工作原理可分為四步：
電子束發射：電子槍(如熱發射槍或場發射槍)產生高能電子束。
聚焦與掃描：電子束經電磁透鏡聚焦至納米級(直徑約0.4-5nm)，通過掃描線圈在樣品表面按光柵式路徑逐點掃描。
信號激發：電子束與樣品相互作用，激發二次電子(反映表面形貌)、背散射電子(反映成分分布)和特征X射線(用于元素分析)。
信號檢測與成像：探測器收集信號，經放大后調制顯像管亮度，形成與樣品表面特征對應的圖像。
與光學顯微鏡相比，SEM分辨率高、景深大；與TEM相比，SEM樣品制備簡單，可直接觀察大塊樣品表面，但分辨率較低。場發射SEM(FE-SEM)因高亮度和穩定性，在綜合分析中應用更廣。
掃描電子顯微鏡憑借其高分辨率、大景深和多功能性，已成為材料科學、生物、半導體等領域理想的分析工具。隨著技術突破(如場發射電子槍、低真空環境)，其應用范圍不斷擴展，并向智能化、原位分析方向發展，為微觀世界的研究提供了更強大的手段。