掃描電子顯微鏡（SEM）在建筑材料檢測(cè)中的應(yīng)用

隨著建筑科技的發(fā)展，人們對(duì)建筑材料的研究越來(lái)越深入，更多先進(jìn)的建筑材料被應(yīng)用到實(shí)際工程建設(shè)當(dāng)中，為了加強(qiáng)質(zhì)量把控，對(duì)建筑材料微觀形貌和結(jié)構(gòu)組織的分析也很有必要，而掃描電子顯微鏡就是常用手段之一。

 

掃描電子顯微鏡(SEM)即掃描電鏡，是利用聚焦的很窄的高能電子束來(lái)掃描樣品，通過(guò)光束與物質(zhì)間的相互作用，來(lái)激發(fā)各種物理信息，對(duì)這些信息收集、放大、再成像以達(dá)到對(duì)物質(zhì)微觀形貌進(jìn)行表征的目的。

 

工作原理

掃描電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)收集及顯示系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。

電子光學(xué)系統(tǒng)：電子光學(xué)系統(tǒng)由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等部件組成。其作用是用來(lái)獲得掃描電子束，作為使樣品產(chǎn)生各種物理信號(hào)的激發(fā)源。

電子槍?zhuān)浩渥饔檬抢藐帢O與陽(yáng)極燈絲間的高壓產(chǎn)生高能量的電子束。

電磁透鏡：其作用是把電子槍的束斑逐漸聚焦縮小，使原來(lái)直徑約50um的束斑縮小成一個(gè)只有數(shù)nm的細(xì)小束斑。

掃描線圈：其作用使電子束進(jìn)入末級(jí)透鏡強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)前就發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

 

掃描電鏡的工作原理是由電子槍發(fā)射出來(lái)直徑為50μm（微米）的電子束，在加速電壓的作用下經(jīng)過(guò)磁透鏡系統(tǒng)會(huì)聚，形成直徑為5nm（納米）的電子束，聚焦在樣品表面上，在第二聚光鏡和物鏡之間偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，電子束在樣品上做光柵狀掃描，同時(shí)同步探測(cè)入射電子和研究對(duì)象相互作用后從樣品表面散射出來(lái)的電子和光子，獲得相應(yīng)材料的表面形貌和成分分析。

 

 

從材料表面散射出來(lái)的二次電子的能量一般低于50eV，其大多數(shù)的能量約2eV～3eV。因?yàn)槎坞娮拥哪芰枯^低，只有樣品表面產(chǎn)生的二次電子才能跑出表面，逃逸深度只有幾個(gè)納米，這些信號(hào)電子經(jīng)探測(cè)器收集并轉(zhuǎn)換為光子，再通過(guò)電信號(hào)放大器加以放大處理，最終成像在顯示系統(tǒng)上。

 

掃描電鏡工作原理的特殊之處在于把來(lái)自二次電子的圖像信號(hào)作為時(shí)像信號(hào)，將一點(diǎn)一點(diǎn)的畫(huà)面“動(dòng)態(tài)”地形成三維的圖像。

 

 

具體應(yīng)用

依賴(lài)其先進(jìn)的工作原理，在建筑材料檢測(cè)領(lǐng)域，掃描電鏡可進(jìn)行各種形式的圖像觀察、元素分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、三維形貌的觀察和分析、對(duì)納米材料和金屬材料等建筑材料進(jìn)行斷口分析，在觀察試樣形貌的同時(shí)，還可結(jié)合能譜儀對(duì)建筑材料進(jìn)行微區(qū)成分分析。

 

 

利用掃描電鏡進(jìn)行斷口分析時(shí)，可通過(guò)對(duì)失效部件進(jìn)行觀察，了解斷裂源區(qū)的裂紋形貌，判斷分析斷裂源區(qū)的擴(kuò)展方向。還可通過(guò)對(duì)裂紋擴(kuò)展區(qū)及夾雜物的形貌進(jìn)行觀察，綜合分析判斷斷口成因。

 

性能優(yōu)勢(shì)

(1)聚焦景深大：掃描電子顯微鏡的聚焦景深是實(shí)體顯微鏡聚焦景深的50倍，比偏反光顯微鏡則大500倍，且不受樣品大小與厚度的影響，觀察樣品時(shí)立體感強(qiáng)。

(2)二次電子掃描圖像的分辨率優(yōu)于100埃，比實(shí)體顯微鏡高200倍。可以直接觀察礦物、巖石等的表面顯微結(jié)構(gòu)特征，清晰度好。

 

 

(3)放大倍數(shù)在20～200000倍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。填補(bǔ)了光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡之間放大倍數(shù)的空白，便于在低倍下尋找位置，在高倍下詳細(xì)觀察，且不用重新對(duì)焦，易于了解局部和整體之間的相互聯(lián)系。

(4)不破壞樣品，制樣方便，樣品大小幾乎不受限制。

 

試樣要求

作為一種有效的理化分析工具，掃描電子顯微鏡能夠檢測(cè)的樣品非常多，無(wú)論是塊狀、薄膜狀、顆粒狀，還是粉末狀的固體材料都可以用其進(jìn)行檢測(cè)。

 

 

注意事項(xiàng)

采用掃描電鏡進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，試樣應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性能，這主要是因?yàn)閷?dǎo)電性差的樣品會(huì)發(fā)生荷電效應(yīng)，造成圖像畸變、亮點(diǎn)亮線、像散等。在對(duì)不導(dǎo)電的試樣進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要先進(jìn)行鍍膜處理，使試樣表面形成一層導(dǎo)電膜。

 

 

此外，樣品要盡可能干燥，對(duì)含有水分或其他易揮發(fā)物的試樣應(yīng)先進(jìn)行烘干處理以免導(dǎo)致出現(xiàn)圖像漂移、白色條紋等現(xiàn)象。