作为材料类相关领工作者和学者最强大的研究工具之一，扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）能够以极高的分辨率观察样品表面的形态和结构，它的应用范围非常广泛，甚至可以延伸到生物学、医学等领域以及工业领域。本文将对扫描电镜的原理、特点、优点和分类等进行全面介绍，让大家更好地了解扫描电镜。
扫描电镜工作原理
扫描电子显微镜基于电子的特性，通过使用聚焦的电子束来替代传统光学显微镜中的可见光，利用高速电子束与样品表面的电子相互作用，发生电子发射现象，这些发射出来的二次电子被探测器接收并转化为更高的分辨率和更详细的图像。
扫描电镜主要由电子枪、聚焦系统、扫描线圈、样品台和探测器组成。电子枪产生电子束，然后通过聚焦系统将电子束集中到一个非常小的区域上，通过扫描线圈的控制，扫描横穿样品表面时，与样品中的原子和分子发生相互作用，从而产生信号。这些信号被探测器捕捉后，经过信号处理器处理，最后转化成高质量的图像。
电子与试样相互作用产生的各种信息
扫描电镜的特点和优点
1. 高分辨率：扫描电镜具有非常高的分辨率，可以观察到微小的样品结构和表面形态等各种细节。最新的扫描电镜的二次电子成像分辨率已经可以达到3~4nm。
2. 高放大倍数：扫描电镜可以进行高放大倍数观察，放大倍数可以从数倍原位放大到20万倍左右，使得微观结构得以清晰地呈现。
3. 非接触式观察：与透射电子显微镜不同，扫描电镜采用非接触式观察，不会破坏样品的形态和结构。
4. 增大深度：扫描电镜可以在不同深度上进行扫描和分析，使我们能够观察到被传统显微镜无法显示的样品内部结构，可用它直接进行观察并进行显微断口分析。因此目前显微断口分析工作大都利用扫描电镜完成。
5. 三维重建：通过采集样品各个角度的图像，扫描电镜能够进行三维重建，提供更全面的信息。
6. 数字化处理：扫描电镜的图像可以进行数字化处理和分析，提高了观察和分析的精度和可靠性。可与能谱仪、电荷耦合器件（CCD）等配套使用，可以进行化学成分分析、能谱分析等。
扫描电镜应用领域
1. 材料科学：SEM可以帮助研究人员观察材料的微观结构，分析其成分和表面形貌。这对于新材料的研发、材料性能改进和质量控制非常重要。
2. 生命科学：扫描电子显微镜在生物学领域的应用范围也非常广泛，可以帮助研究细胞和组织的结构、微生物的形态和生态等方面。
3. 纳米技术：扫描电子显微镜的高分辨率和灵敏度使得它成为研究纳米领域的重要工具。通过SEM，科学家可以观察纳米级别物质的结构和形态，对纳米材料的性能进行调节和优化。
4. 能源领域：扫描电子显微镜广泛应用于太阳能电池、燃料电池和电子器件等能源领域的研究。它可以帮助科学家们观察到微观结构中的缺陷或不均匀性，并优化材料性能。
