扫描电子显微镜（SEM）在建筑材料检测中的应用

随着建筑科技的发展，人们对建筑材料的研究越来越深入，更多先进的建筑材料被应用到实际工程建设当中，为了加强质量把控，对建筑材料微观形貌和结构组织的分析也很有必要，而扫描电子显微镜就是常用手段之一。

 

扫描电子显微镜(SEM)即扫描电镜，是利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品，通过光束与物质间的相互作用，来激发各种物理信息，对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌进行表征的目的。

 

工作原理

扫描电镜由电子光学系统、信号收集及显示系统、真空系统及电源系统组成。

电子光学系统：电子光学系统由电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部件组成。其作用是用来获得扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。

电子枪：其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。

电磁透镜：其作用是把电子枪的束斑逐渐聚焦缩小，使原来直径约50um的束斑缩小成一个只有数nm的细小束斑。

扫描线圈：其作用使电子束进入末级透镜强磁场区前就发生偏转。

 

扫描电镜的工作原理是由电子枪发射出来直径为50μm（微米）的电子束，在加速电压的作用下经过磁透镜系统会聚，形成直径为5nm（纳米）的电子束，聚焦在样品表面上，在第二聚光镜和物镜之间偏转线圈的作用下，电子束在样品上做光栅状扫描，同时同步探测入射电子和研究对象相互作用后从样品表面散射出来的电子和光子，获得相应材料的表面形貌和成分分析。

 

 

从材料表面散射出来的二次电子的能量一般低于50eV，其大多数的能量约2eV～3eV。因为二次电子的能量较低，只有样品表面产生的二次电子才能跑出表面，逃逸深度只有几个纳米，这些信号电子经探测器收集并转换为光子，再通过电信号放大器加以放大处理，最终成像在显示系统上。

 

扫描电镜工作原理的特殊之处在于把来自二次电子的图像信号作为时像信号，将一点一点的画面“动态”地形成三维的图像。

 

 

具体应用

依赖其先进的工作原理，在建筑材料检测领域，扫描电镜可进行各种形式的图像观察、元素分析、晶体结构分析、三维形貌的观察和分析、对纳米材料和金属材料等建筑材料进行断口分析，在观察试样形貌的同时，还可结合能谱仪对建筑材料进行微区成分分析。

 

 

利用扫描电镜进行断口分析时，可通过对失效部件进行观察，了解断裂源区的裂纹形貌，判断分析断裂源区的扩展方向。还可通过对裂纹扩展区及夹杂物的形貌进行观察，综合分析判断断口成因。

 

性能优势

(1)聚焦景深大：扫描电子显微镜的聚焦景深是实体显微镜聚焦景深的50倍，比偏反光显微镜则大500倍，且不受样品大小与厚度的影响，观察样品时立体感强。

(2)二次电子扫描图像的分辨率优于100埃，比实体显微镜高200倍。可以直接观察矿物、岩石等的表面显微结构特征，清晰度好。

 

 

(3)放大倍数在20～200000倍内连续可调。填补了光学显微镜和电子显微镜之间放大倍数的空白，便于在低倍下寻找位置，在高倍下详细观察，且不用重新对焦，易于了解局部和整体之间的相互联系。

(4)不破坏样品，制样方便，样品大小几乎不受限制。

 

试样要求

作为一种有效的理化分析工具，扫描电子显微镜能够检测的样品非常多，无论是块状、薄膜状、颗粒状，还是粉末状的固体材料都可以用其进行检测。

 

 

注意事项

采用扫描电镜进行检测时，试样应具有良好的导电性能，这主要是因为导电性差的样品会发生荷电效应，造成图像畸变、亮点亮线、像散等。在对不导电的试样进行检测时，需要先进行镀膜处理，使试样表面形成一层导电膜。

 

 

此外，样品要尽可能干燥，对含有水分或其他易挥发物的试样应先进行烘干处理以免导致出现图像漂移、白色条纹等现象。