環境掃描電子顯微鏡工作原理

　　環境掃描電子顯微鏡(ESEM)是近年發展起來的新型掃描電鏡。它克服了普通掃描電鏡對試樣必須干燥、潔凈、導電的要求，可以在高真空度下作為普通掃描電鏡使用，也可以在低真空度和模擬試樣環境下對試樣進行微區分析。

環境掃描電子顯微鏡的工作原理

　　環境掃描電子顯微鏡采用多級真空系統、氣體二次電子信號探測器等獨特設計。觀察不導電樣品不需要鍍導電膜.可以在控制溫度、壓力、相對濕度和低真空度的條件下進行觀察分析含水的、含油的、已污染的、不導電的樣品，減少了樣品的干燥損傷和真空損傷。

　　環境掃描電子顯微鏡有三種工作方式：①高真空方式(常規方式);②低真空方式Torr;③環境方式:0.1~20Torr。

　　在高真空的常規掃描電鏡中，用標準的EverhartThornley探測器來接受被高能入射電子激發的樣品的信號電流(二次電子和部分背散射電子)，經放大后形成圖像。

　　在低真空及環掃模式下，由電子槍發射的高能入射電子束穿過壓差光闌進入樣品室，射向被測定的樣品，從樣品表面激發出信號電子：二次電子-SE和背散射電子-BSE。由于樣品室內有氣體存在，入射電子和信號電子與氣體分子碰撞，使之電離產生電子和離子。如果我們在樣品和電極板之間加一個穩定電場，電離所產生的電子和離子會被分別引往與各自極性相反的電極方向，非導體表面積累的負電荷會與電離出來的正電荷中和而消除荷電。

　　其中電子在途中被電場加速到足夠高的能量時，會電離更多的氣體分子，從而產生更多的電子，如此反復倍增。環境掃描電子顯微鏡探測器正是利用此原理來增強信號的，這又稱氣體放大原理。LFD(低真空度模式下使用的探測器)和GSED(環掃模式下使用的探測器)探頭接收這些信號并將其直接傳到電子放大器放大成電信號去調制顯象管或其它成像系統。

　　環境掃描電子顯微鏡通過不斷地向樣品室補充氣體來維持樣品室的低真空，同時也為氣體二次電子探測器GSED提供工作氣體，水蒸氣是Z常用的工作氣體。但是樣品室中氣體分子的存在對于掃描電子顯微鏡的成像也有著副作用，由于氣體分子對入射電子的散射使部分電子改變方向，不落在聚焦點上，從而產生圖像的背底噪音;同時入射電子使氣體分子電離，產生電子和離子，也會加大圖像的背底噪音。因而偏壓電場的電壓、方向及電極板的形狀，氣體狀態(種類、壓力等)和入射電子路徑等因素都會對圖像的分辨率產生影響，必須選擇適當的參數才能使分辨率的降低保持在Z小的限度。不同的探測器應有不同的工作參數。

環境掃描電子顯微鏡的特點

　?、侪h境掃描電子顯微鏡GSED探頭不含高壓元件，可以在低真空的多氣體環境中工作，故可以觀察含有適量水分的生物樣品;

　?、谛盘柕某跏挤糯罂侩婋x氣體分子進行，不再需要光電倍增管，GSED探頭對光、對熱不再敏感，故可以觀察發光材料和使用熱臺;

　?、郛斀^緣樣品表面沉積電荷時，形成的電場會吸引被電離的氣體中的正離子而被中和。故非導體樣品表面不再進行金屬化噴涂處理，從而更好地觀察樣品表面的細節;也節省了處理樣品的中間環節;

　?、苡捎贕SED探頭彌補丁ET探頭的缺點，使得環境掃描電子顯微鏡的運用范圍大大擴展。樣品室內的適量氣體對其工作性能不但沒有影響，反而有益，氣體越容易電離，所獲得的放大增益越高，改變探頭的偏置電壓即可調節增益或適應于不同的氣體。由于水蒸汽獲取方便，沒有毒性，容易電離，成像性能佳，因此成為員常用的氣體。但GSED由于在物鏡極靴下面，正對著樣品，被放射電子由于能量大，能直接射向GSED探頭，因此圖像背景較深，對圖像的對比度會有些影響。

環境掃描電子顯微鏡的特殊功能

　　1、高溫樣品臺的功能

　　利用高溫臺在環境模式下對樣品進行加熱并采集二次電子信號可進行適時動態觀察。而在普通高真空掃描電鏡和低真空掃描電鏡中，只能對極少數特殊樣品在高溫狀態下進行觀察，并要求在加熱過程中不能產生氣體、不能發出可見光和紅外輻射，否則，會破壞電鏡的真空，并且二次電子圖像噪音嚴重，乃至根本無法成像。高溫臺配有專用陶瓷GSED(氣體二次電子探頭)，可在環境模式下，在高達1500℃溫度下正常觀察樣品的二次電子像。加熱溫度范圍從室溫到1500℃，升溫速度快。

　　環境掃描電子顯微鏡的ZL探測器可保證在足夠的成像電子采集時YZ熱信號噪音，并對樣品在高溫加熱時產生的光信號不敏感。而這些信號足以使其它型號掃描電鏡中使用的普通二次電子探頭和背散射電子探頭無法正常工作。

　　2、動態拉伸裝置的功能

　　Zxin的動態拉伸裝置配有內部馬達驅動器、旋轉譯碼器、線性位移傳感器，由計算機進行控制和數據采集，配合視頻數據采集系統，可實現動態觀察和記錄?？蓮牟牧媳矶^察在動態拉伸條件下材料的滑移、塑性形變、起裂、裂紋擴展(路徑和方向)直至斷裂的全過程等。該裝置還可附帶3點彎曲和4點彎曲裝置，具有彎曲功能，從而可以研究板材在彎曲狀態下的形變、開裂直至斷裂的情況。