科技名词

扫描电子显微镜

scanning electron microscope；SEM

定义：利用高能电子束在样品表面扫描，通过电子束与物质间的相互作用，激发各种物理信号，收集并放大这些信号，形成电子成像的电子显微镜。主要用于表征样品表面的微观形貌。新式的扫描电子显微镜的分辨率可以达到1纳米。

学科：生物化学与分子生物学_方法与技术_定性定量分析方法_层析技术

相关名词：电子显微镜 分辨率 电子束 景深

【延伸阅读】

17世纪人类发明了光学显微镜，但是受到可见光波长的限制，光学显微镜的分辨率无法满足深入探索微观世界的需求。20世纪50年代，扫描电子显微镜（SEM）问世。后经不断改进，SEM的分辨率、放大倍数和成像质量得到显著提升。

SEM的主要组件包括电子枪、电磁透镜系统、扫描线圈、样品室、信号探测器和图像显示系统等。其工作原理是基于电子与物质间的相互作用。首先，电子枪发射高能电子束，经过电磁透镜被聚焦成极细的电子束斑。当电子束斑轰击样品表面时，与样品原子产生相互作用而发生反射、吸收、散射和次级电子发射等多种物理过程，产生二次电子、背散射电子、X射线等信号，信号探测器收集这些信号并转换成电信号，经过放大和处理，最终在显示器上形成反映样品表面形貌、成分等信息的图像。

SEM的优点主要表现在：

1.高分辨率。SEM的分辨率可达纳米级别，远高于光学显微镜，使研究者能够深入了解被扫描物质的微观结构，更好地揭示其性能与微观形貌之间的联系。

2.放大倍数可调范围宽。SEM的放大倍数从几十倍到几十万倍，变化范围宽且连续可调。在高放大倍数下，SEM能够获得一般透射电镜难以达到的清晰图像。

3.景深大。SEM具有较大的景深，深度感强，能够清晰显示样品的三维立体图像。

4.制样简单。SEM对大多数样品可直接观察，不需要进行复杂的切片和染色等预处理，扩展了其应用范围。

5.适用范围广。SEM可观察导体、半导体和绝缘体等多种不同类型的样品。

SEM是许多领域的重要分析工具：

1.在材料学中，SEM可用于观察金属、陶瓷、高分子等材料的晶格结构、缺陷和杂质等，评估材料的性能、优化生产工艺，为材料的改性和优化提供重要依据。配备的能量散射光谱（EDS）附件还可以进行成分分析。

2.在生物学中，SEM能够观察细胞、组织、微生物等生物样品，揭示其结构和功能。

3.在法医学中，SEM可对纤维、毛发、射击残留物等证据进行分析，为案件侦破提供关键线索。

4.在地质学中，SEM用于分析矿物的形貌、晶体结构以及元素组成等，为地质研究提供重要依据。

5.在考古学中，SEM用于鉴定古代文物的结构和成分、制作工艺及修复状况，揭示文物的历史价值。

6.在食品科学中，SEM被用于观察食品的微观结构和成分分布，以确保食品质量和安全。

（延伸阅读作者：吉林农业大学资源与环境学院 洪波教授）