掃描電子顯微鏡的應(yīng)用范圍
閱讀:792 發(fā)布時(shí)間:2023-4-20
⑴生物:種子、花粉、細(xì)菌……
?、漆t(yī)學(xué):血球、病毒……
?、莿?dòng)物:大腸、絨毛、細(xì)胞、纖維……
⑷材料:陶瓷、高分子、粉末、金屬、金屬夾雜物、環(huán)氧樹脂……
?、苫瘜W(xué)、物理、地質(zhì)、冶金、礦物、污泥(桿菌)、機(jī)械、電機(jī)及導(dǎo)電性樣品,如半導(dǎo)體(IC、線寬量測(cè)、斷面、結(jié)構(gòu)觀察……)電子材料等。
掃描電子顯微鏡在新型陶瓷材料顯微分析中的應(yīng)用
1.顯微結(jié)構(gòu)的分析
在陶瓷的制備過程中,原始材料及其制品的顯微形貌、孔隙大小、晶界和團(tuán)聚程度等將決定其最后的性能。掃描電子顯微鏡可以清楚地反映和記錄這些微觀特征,是觀察分析樣品微觀結(jié)構(gòu)方便、易行的有效方法,樣品無需制備,只需直接放入樣品室內(nèi)即可放大觀察;同時(shí)掃描電子顯微鏡可以實(shí)現(xiàn)試樣從低倍到高倍的定位分析,在樣品室中的試樣不僅可以沿三維空間移動(dòng),還能夠根據(jù)觀察需要進(jìn)行空間轉(zhuǎn)動(dòng),以利于使用者對(duì)感興趣的部位進(jìn)行連續(xù)、系統(tǒng)的觀察分析。掃描電子顯微鏡拍出的圖像真實(shí)、清晰,并富有立體感,在新型陶瓷材料的三維顯微組織形態(tài)的觀察研究方面獲得了廣泛地應(yīng)用。
由于掃描電子顯微鏡可用多種物理信號(hào)對(duì)樣品進(jìn)行綜合分析,并具有可以直接觀察較大試樣、放大倍數(shù)范圍寬和景深大等特點(diǎn),當(dāng)陶瓷材料處于不同的外部條件和化學(xué)環(huán)境時(shí),掃描電子顯微鏡在其微觀結(jié)構(gòu)分析研究方面同樣顯示出極大的優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)為:⑴力學(xué)加載下的微觀動(dòng)態(tài)(裂紋擴(kuò)展)研究;⑵加熱條件下的晶體合成、氣化、聚合反應(yīng)等研究;⑶晶體生長(zhǎng)機(jī)理、生長(zhǎng)臺(tái)階、缺陷與位錯(cuò)的研究;⑷成分的非均勻性、殼芯結(jié)構(gòu)、包裹結(jié)構(gòu)的研究;⑸晶粒相成分在化學(xué)環(huán)境下差異性的研究等。
2.納米尺寸的研究
納米材料是納米科學(xué)技術(shù)最基本的組成部分,可以用物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法制備出只有幾個(gè)納米的“顆粒”。納米材料的應(yīng)用非常廣泛,比如通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn),納米陶瓷在一定的程度上也可增加韌性、改善脆性等,新型陶瓷納米材料如納米稱、納米天平等亦是重要的應(yīng)用領(lǐng)域。納米材料的一切性主要源于它的納米尺寸,因此必須首先確切地知道其尺寸,否則對(duì)納米材料的研究及應(yīng)用便失去了基礎(chǔ)??v觀當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的研究狀況和最新成果,該領(lǐng)域的檢測(cè)手段和表征方法可以使用透射電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等技術(shù),但高分辨率的掃描電子顯微鏡在納米級(jí)別材料的形貌觀察和尺寸檢測(cè)方面因具有簡(jiǎn)便、可操作性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)被大量采用。另外如果將掃描電子顯微鏡與掃描隧道顯微鏡結(jié)合起來,還可使普通的掃描電子顯微鏡升級(jí)改造為超高分辨率的掃描電子顯微鏡。圖2所示是納米鈦酸鋇陶瓷的掃描電鏡照片,晶粒尺寸平均為20nm。
3.鐵電疇的觀測(cè)
壓電陶瓷由于具有較大的力電功能轉(zhuǎn)換率及良好的性能可調(diào)控性等特點(diǎn)在多層陶瓷驅(qū)動(dòng)器、微位移器、換能器以及機(jī)敏材料與器件等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,鐵電和壓電陶瓷材料與器件正向小型化、集成化、多功能化、智能化、高性能和復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展,并在新型陶瓷材料的開發(fā)和研究中發(fā)揮重要作用。鐵電疇(簡(jiǎn)稱電疇)是其物理基礎(chǔ),電疇的結(jié)構(gòu)及疇變規(guī)律直接決定了鐵電體物理性質(zhì)和應(yīng)用方向。電子顯微術(shù)是觀測(cè)電疇的主要方法,其優(yōu)點(diǎn)在于分辨率高,可直接觀察電疇和疇壁的顯微結(jié)構(gòu)及相變的動(dòng)態(tài)原位觀察(電疇壁的遷移)。
掃描電子顯微鏡觀測(cè)電疇是通過對(duì)樣品表面預(yù)先進(jìn)行化學(xué)腐蝕來實(shí)現(xiàn)的,由于不同極性的疇被腐蝕的程度不一樣,利用腐蝕劑可在鐵電體表面形成凹凸不平的區(qū)域從而可在顯微鏡中進(jìn)行觀察。因此,可以將樣品表面預(yù)先進(jìn)行化學(xué)腐蝕后,利用掃描電子顯微鏡圖像中的黑白襯度來判斷不同取向的電疇結(jié)構(gòu)。對(duì)不同的鐵電晶體選擇合適的腐蝕劑種類、濃度、腐蝕時(shí)間和溫度都能顯示良好的疇圖樣。圖3是掃描電子顯微鏡觀察到的PLZT材料的90°電疇。掃描電子顯微鏡與其他設(shè)備的組合以實(shí)現(xiàn)多種分析功能。
在實(shí)際分析工作中,往往在獲得形貌放大像后,希望能在同一臺(tái)儀器上進(jìn)行原位化學(xué)成分或晶體結(jié)構(gòu)分析,提供包括形貌、成分、晶體結(jié)構(gòu)或位向在內(nèi)的豐富資料,以便能夠更全面、客觀地進(jìn)行判斷分析。為了適應(yīng)不同分析目的的要求,在掃描電子顯微鏡上相繼安裝了許多附件,實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用,成為一種快速、直觀、綜合性分析儀器。把掃描電子顯微鏡應(yīng)用范圍擴(kuò)大到各種顯微或微區(qū)分析方面,充分顯示了掃描電鏡的多種性能及廣泛的應(yīng)用前景。
目前掃描電子顯微鏡的最主要組合分析功能有:X射線顯微分析系統(tǒng)(即能譜儀,EDS),主要用于元素的定性和定量分析,并可分析樣品微區(qū)的化學(xué)成分等信息;電子背散射系統(tǒng)(即結(jié)晶學(xué)分析系統(tǒng)),主要用于晶體和礦物的研究。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,其他一些掃描電子顯微鏡組合分析功能也相繼出現(xiàn),例如顯微熱臺(tái)和冷臺(tái)系統(tǒng),主要用于觀察和分析材料在加熱和冷凍過程中微觀結(jié)構(gòu)上的變化;拉伸臺(tái)系統(tǒng),主要用于觀察和分析材料在受力過程中所發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)變化。掃描電子顯微鏡與其他設(shè)備組合而具有的新型分析功能為新材料、新工藝的探索和研究起到重要作用。