掃描電子顯微鏡（SEM）在建筑材料檢測中的應(yīng)用

隨著建筑科技的發(fā)展，人們對建筑材料的研究越來越深入，更多先進(jìn)的建筑材料被應(yīng)用到實(shí)際工程建設(shè)當(dāng)中，為了加強(qiáng)質(zhì)量把控，對建筑材料微觀形貌和結(jié)構(gòu)組織的分析也很有必要，而掃描電子顯微鏡就是常用手段之一。

 

掃描電子顯微鏡(SEM)即掃描電鏡，是利用聚焦的很窄的高能電子束來掃描樣品，通過光束與物質(zhì)間的相互作用，來激發(fā)各種物理信息，對這些信息收集、放大、再成像以達(dá)到對物質(zhì)微觀形貌進(jìn)行表征的目的。

 

工作原理

掃描電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、信號收集及顯示系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。

電子光學(xué)系統(tǒng)：電子光學(xué)系統(tǒng)由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等部件組成。其作用是用來獲得掃描電子束，作為使樣品產(chǎn)生各種物理信號的激發(fā)源。

電子槍：其作用是利用陰極與陽極燈絲間的高壓產(chǎn)生高能量的電子束。

電磁透鏡：其作用是把電子槍的束斑逐漸聚焦縮小，使原來直徑約50um的束斑縮小成一個只有數(shù)nm的細(xì)小束斑。

掃描線圈：其作用使電子束進(jìn)入末級透鏡強(qiáng)磁場區(qū)前就發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

 

掃描電鏡的工作原理是由電子槍發(fā)射出來直徑為50μm（微米）的電子束，在加速電壓的作用下經(jīng)過磁透鏡系統(tǒng)會聚，形成直徑為5nm（納米）的電子束，聚焦在樣品表面上，在第二聚光鏡和物鏡之間偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，電子束在樣品上做光柵狀掃描，同時同步探測入射電子和研究對象相互作用后從樣品表面散射出來的電子和光子，獲得相應(yīng)材料的表面形貌和成分分析。

 

 

從材料表面散射出來的二次電子的能量一般低于50eV，其大多數(shù)的能量約2eV～3eV。因?yàn)槎坞娮拥哪芰枯^低，只有樣品表面產(chǎn)生的二次電子才能跑出表面，逃逸深度只有幾個納米，這些信號電子經(jīng)探測器收集并轉(zhuǎn)換為光子，再通過電信號放大器加以放大處理，最終成像在顯示系統(tǒng)上。

 

掃描電鏡工作原理的特殊之處在于把來自二次電子的圖像信號作為時像信號，將一點(diǎn)一點(diǎn)的畫面“動態(tài)”地形成三維的圖像。

 

 

具體應(yīng)用

依賴其先進(jìn)的工作原理，在建筑材料檢測領(lǐng)域，掃描電鏡可進(jìn)行各種形式的圖像觀察、元素分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、三維形貌的觀察和分析、對納米材料和金屬材料等建筑材料進(jìn)行斷口分析，在觀察試樣形貌的同時，還可結(jié)合能譜儀對建筑材料進(jìn)行微區(qū)成分分析。

 

 

利用掃描電鏡進(jìn)行斷口分析時，可通過對失效部件進(jìn)行觀察，了解斷裂源區(qū)的裂紋形貌，判斷分析斷裂源區(qū)的擴(kuò)展方向。還可通過對裂紋擴(kuò)展區(qū)及夾雜物的形貌進(jìn)行觀察，綜合分析判斷斷口成因。

 

性能優(yōu)勢

(1)聚焦景深大：掃描電子顯微鏡的聚焦景深是實(shí)體顯微鏡聚焦景深的50倍，比偏反光顯微鏡則大500倍，且不受樣品大小與厚度的影響，觀察樣品時立體感強(qiáng)。

(2)二次電子掃描圖像的分辨率優(yōu)于100埃，比實(shí)體顯微鏡高200倍。可以直接觀察礦物、巖石等的表面顯微結(jié)構(gòu)特征，清晰度好。

 

 

(3)放大倍數(shù)在20～200000倍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。填補(bǔ)了光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡之間放大倍數(shù)的空白，便于在低倍下尋找位置，在高倍下詳細(xì)觀察，且不用重新對焦，易于了解局部和整體之間的相互聯(lián)系。

(4)不破壞樣品，制樣方便，樣品大小幾乎不受限制。

 

試樣要求

作為一種有效的理化分析工具，掃描電子顯微鏡能夠檢測的樣品非常多，無論是塊狀、薄膜狀、顆粒狀，還是粉末狀的固體材料都可以用其進(jìn)行檢測。

 

 

注意事項(xiàng)

采用掃描電鏡進(jìn)行檢測時，試樣應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性能，這主要是因?yàn)閷?dǎo)電性差的樣品會發(fā)生荷電效應(yīng)，造成圖像畸變、亮點(diǎn)亮線、像散等。在對不導(dǎo)電的試樣進(jìn)行檢測時，需要先進(jìn)行鍍膜處理，使試樣表面形成一層導(dǎo)電膜。

 

 

此外，樣品要盡可能干燥，對含有水分或其他易揮發(fā)物的試樣應(yīng)先進(jìn)行烘干處理以免導(dǎo)致出現(xiàn)圖像漂移、白色條紋等現(xiàn)象。