扫描电子显微镜原理

刚刚分享了一篇几张动图，让你1分钟看懂扫描电子显微镜的工作原理的文章，想想为什么不多发一篇关于透视电子显微镜的呢？既然能帮到大家，又不需要费什么力，索性就发出来了，不说了，大家一起看吧！

透射电子显微镜（TEM）

透射电镜是把经加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样件上，电子与样品中的原子碰撞，而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此，可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件上显示出来。

TEM工作图

TEM成像过程

STEM成像不同于平行电子束的TEM，它是利用聚集的电子束在样品上扫描来完成的，与SEM不同之处在于探测器置于试样下方，探测器接收透射电子束流或弹性散射电子束流，经放大后在荧光屏上显示出明场像和暗场像。

STEM分析图

入射电子束照射试样表面发生弹性散射，一部分电子所损失能量值是样品中某个元素的特征值，由此获得能量损失谱（EELS），利用EELS可以对薄试样微区元素组成、化学键及电子结构等进行分析。

EELS原理图

原子力显微镜（AFM）

将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的作用力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将在垂直于样品的表面方向起伏运动。测出微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。

AFM原理：针尖与表面原子相互作用

AFM常用的扫描模式有接触模式和轻敲模式，接触模式利用针尖与样品间原子排斥力产生样品表面轮廓；轻敲模式利用原子间的吸引力影响探针振动而获得样品表面轮廓。

接触模式

轻敲模式

扫描隧道显微镜（STM）

隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的起伏变化信息，如果同时对x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。

探针

隧道电流对针尖与样品表面之间的距离极为敏感，距离减小0.1nm，隧道电流就会增加一个数量级。

隧道电流

针尖在样品表面扫描时，即使表面只有原子尺度的起伏，也将通过隧道电流显示出来，再利用计算机的测量软件和数据处理软件将得到的信息处理成为三维图像在屏幕上显示出来。

STM扫描成像图

单原子操纵：用探针把单个原子从表面提起而脱离表面束缚，横向移动到预定位置，再把原子从探针重新释放到表面上，可以获得原子级别的图案。

移动原子作图

本文的动态图源自于YouTube、Vimeo公开视频，由化学先行者整理编辑。希望能对你有帮助。如果你想预约使用仪器设备的朋友请点击：透视电子显微镜