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

中国科学院地质与地球物理所的科研人员在扫描电子显微镜下对月球样品进行成分分析。图片来源：视觉中国

【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）

责任编辑：张鹏辉