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非导电样品如何在扫描电镜中成像?

日期:2025-05-15

非导电样品在扫描电镜(SEM)中成像时会面临一个主要问题:电荷积累(charging)。因为电子束轰击非导体后,电子无法迅速导出,导致样品表面积累负电荷,从而产生图像漂移、亮度不均甚至成像失败。

为了解决这个问题,常用以下几种方法来提高非导电样品的成像质量:

1. 喷金或碳镀膜(导电涂层) ——常用方法

原理:在样品表面覆盖一层极薄的导电材料,使电子能够流走,避免电荷积累。

常用材料:

金(Au):成像清晰、导电性好,适合高分辨率成像。

碳(C):适合能谱分析(EDS),不会引入金属元素干扰。

铂(Pt)、钯(Pd)、铬(Cr):根据分辨率或元素背景需求选择。

镀膜厚度:几纳米到几十纳米,视样品尺寸与分辨率需求而定。

方法:使用喷金仪、碳蒸发器等设备进行真空镀膜。

2. 低真空或环境扫描电镜(Low Vacuum / ESEM)

原理:利用残余气体(如水蒸气或氮气)中和样品积聚的电荷。

优点:不需要镀膜,适合不耐高温或需保持原貌的样品(如生物样本、湿样品)。

局限:分辨率略低于高真空模式。

3. 使用低加速电压(Low kV Imaging)

原理:减小电子束能量(如降低至 1–5 kV),减少注入电子数量,从而减轻电荷积累。

优点:无需涂层,适合部分敏感样品。

缺点:成像信号弱,景深和分辨率可能降低。

4. 倾斜样品或使用导电胶与样品座连接

将样品边缘用导电胶或铜箔连接到样品托盘(样品座)上,使表面电荷得以泄放。

适合边缘导电但表面不导电的样品,例如某些涂层、复合材料。

5. 图像后处理(仅补救用)

在部分电荷效应较轻的情况下,可通过图像处理软件(如噪声去除、图像对齐)部分改善图像质量,但不能替代物理手段。


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作者:威尼斯886699