掃描電子顯微鏡（SEM）在建筑材料檢測中的應用

隨著建筑科技的發展，人們對建筑材料的研究越來越深入，更多先進的建筑材料被應用到實際工程建設當中，為了加強質量把控，對建筑材料微觀形貌和結構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掃描樣品，通過光束與物質間的相互作用，來激發各種物理信息，對這些信息收集、放大、再成像以達到對物質微觀形貌進行表征的目的。

 

工作原理

掃描電鏡由電子光學系統、信號收集及顯示系統、真空系統及電源系統組成。

電子光學系統：電子光學系統由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等部件組成。其作用是用來獲得掃描電子束，作為使樣品產生各種物理信號的激發源。

電子槍：其作用是利用陰極與陽極燈絲間的高壓產生高能量的電子束。

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

掃描線圈：其作用使電子束進入末級透鏡強磁場區前就發生偏轉。

 

掃描電鏡的工作原理是由電子槍發射出來直徑為50μm（微米）的電子束，在加速電壓的作用下經過磁透鏡系統會聚，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線圈的作用下，電子束在樣品上做光柵狀掃描，同時同步探測入射電子和研究對象相互作用后從樣品表面散射出來的電子和光子，獲得相應材料的表面形貌和成分分析。

 

 

從材料表面散射出來的二次電子的能量一般低于50eV，其大多數的能量約2eV～3eV。因為二次電子的能量較低，只有樣品表面產生的二次電子才能跑出表面，逃逸深度只有幾個納米，這些信號電子經探測器收集并轉換為光子，再通過電信號放大器加以放大處理，最終成像在顯示系統上。

 

掃描電鏡工作原理的特殊之處在于把來自二次電子的圖像信號作為時像信號，將一點一點的畫面“動態”地形成三維的圖像。

 

 

具體應用

依賴其先進的工作原理，在建筑材料檢測領域，掃描電鏡可進行各種形式的圖像觀察、元素分析、晶體結構分析、三維形貌的觀察和分析、對納米材料和金屬材料等建筑材料進行斷口分析，在觀察試樣形貌的同時，還可結合能譜儀對建筑材料進行微區成分分析。

 

 

利用掃描電鏡進行斷口分析時，可通過對失效部件進行觀察，了解斷裂源區的裂紋形貌，判斷分析斷裂源區的擴展方向。還可通過對裂紋擴展區及夾雜物的形貌進行觀察，綜合分析判斷斷口成因。

 

性能優勢

(1)聚焦景深大：掃描電子顯微鏡的聚焦景深是實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，觀察樣品時立體感強。

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

 

 

(3)放大倍數在20～200000倍內連續可調。填補了光學顯微鏡和電子顯微鏡之間放大倍數的空白，便于在低倍下尋找位置，在高倍下詳細觀察，且不用重新對焦，易于了解局部和整體之間的相互聯系。

(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的樣品非常多，無論是塊狀、薄膜狀、顆粒狀，還是粉末狀的固體材料都可以用其進行檢測。

 

 

注意事項

采用掃描電鏡進行檢測時，試樣應具有良好的導電性能，這主要是因為導電性差的樣品會發生荷電效應，造成圖像畸變、亮點亮線、像散等。在對不導電的試樣進行檢測時，需要先進行鍍膜處理，使試樣表面形成一層導電膜。

 

 

此外，樣品要盡可能干燥，對含有水分或其他易揮發物的試樣應先進行烘干處理以免導致出現圖像漂移、白色條紋等現象。