扫描电子显微镜如何用于纳米尺寸材料的研究和铁电畴的观测?
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发布时间：2024-08-19 20:47
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时间：2024-08-22 08:12
扫描电子显微镜在新型陶瓷材料显微分析中的应用展现出了卓越的能力，尤其在以下几个关键领域：
1. 显微结构分析
在陶瓷制备过程中，扫描电子显微镜（SEM）是观察和记录样品微观结构的关键工具。无需复杂的制备，直接将样品置于样品室内，SEM可以进行从低倍到高倍的定位分析。通过三维空间移动和空间转动，研究人员能连续、系统地观察和分析感兴趣区域，图像清晰且立体感强烈，极大地推动了新型陶瓷材料三维显微组织形态的研究。
2. 纳米尺寸研究
纳米材料的特殊性源于其纳米级别的尺寸，而扫描电子显微镜因其简便的操作和高分辨率，成为观察和检测纳米材料形貌及尺寸的首选。结合透射电子显微镜和扫描隧道显微镜，SEM甚至可以升级为超高分辨率的设备，如图2所示的纳米钛酸钡陶瓷，其晶粒尺寸平均为20nm。
3. 铁电畴观测
铁电陶瓷因其性能优势在多个领域广泛应用。电子显微术，尤其是扫描电子显微镜，通过化学腐蚀方法观察铁电畴，利用腐蚀剂形成的凹凸区域揭示不同极性畴的结构。如图3所示，PLZT材料的90°电畴结构清晰可见。
扫描电子显微镜不仅提供形貌信息，还能与X射线显微分析系统、电子背散射系统等组合，实现原位化学成分和晶体结构分析，为材料研究提供了全面的资料。
组合分析功能
SEM的组合分析功能日益强大，如X射线能谱仪用于元素定性和定量分析，电子背散射系统用于晶体研究。随着技术进步，还出现了热台、冷台和拉伸台系统，用于观察材料在不同条件下的结构变化，为新材料和新工艺的研发提供了重要支持。
成像与表面分析
SEM通过次级电子和背散射电子成像，后者虽然不如前者清晰，但都用于表面分析。特征X射线和背散射电子分析与样品原子性质相关，主要用于成分探测，但受限于电子束穿透深度，只能用于表面层的分析。
扩展资料
扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动 （声子）、电子振荡 （等离子体）。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。
