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新品發布|臺式場發射 SEM-STEM 電子顯微鏡 Pharos-STEM

 更新時間:2023-05-12 點擊量:1880
在材料研發的過程中,檢測材料的形貌細節和品質,需要全面地了解樣品。掃描電鏡是科學研究過程中強有力的表征工具,高分辨成像可以揭示材料細節。現在一些比較gao端的掃描電鏡可以提供一種先進的成像技術--透射模式(Scanning transmission eletron microscopy,STEM),這種成像模式可以呈現出與 SEM 圖像不同的信息。

STEM 模式和 SEM 成像效果有什么不同?

以導電納米復合材料的研究為例,不同制備方法得到的碳納米管的厚度和長度有所不同。對碳納米管進行準確的表征非常重要(包括長寬比),因為這些參數直接影響了復合材料的機械性能和導電性能。

但是在實際的表征過程中,通常很容易忽略一些細節。以下是碳納米管的二次電子模式(SED)和掃描透射模式(STEM)下的成像效果。

碳納米管.PNG

碳納米管的 SED 圖(上)和 STEM 圖(下)

在掃描電鏡的 SED 圖中可以直觀顯示碳納米管的粗細,以及碳納米管之間的交織狀態。但是在 STEM 圖中,可以看到隱藏在 3D 結構中的小顆粒,這些顆粒在 SEM 圖中是無法看到的。

STEM 模式有哪些成像模式?

STEM 成像包括明場像(bright field,簡稱 BF),暗場像(dark field,簡稱 DF)以及高角度環形暗場像(high-angle annular dark field,簡稱 HAADF)。

STEM.png

明場(BF)、暗場(DF)和高角度環形暗場(HAADF)成像示意圖和成像對比圖

BF 像

主要是樣品正下方同軸的探測器接收透射電子和部分散射電子。影響明場像襯度(Contrast)的主要因素是樣品的厚度和成分。樣品越厚,原子序數(Z)越大,穿透樣品的電子越少,圖像就越暗,因此 BF 像對輕元素(Z 較小)比較敏感。

DF 像

主要是樣品下方非同軸位置的探測器接收散射電子信號。

HAADF 像

主要是接收高角度的非相干散射電子信號。原子序數(Z)越大,散射角也越大,原子核對入射電子的散射作用越強,圖像上更亮。因此又被稱為 Z 襯度像。

應用案例

三種成像模式各有特點,具有不同的成像優勢,可以根據樣品情況搭配使用,成像結果進行互相驗證。

案例一:煙草花葉病毒

煙草花葉病毒.png

煙草花葉病毒的 BSE 像、BF 像、 DF 像和 HAADF 像

對比掃描電鏡的背散射電子圖像(BSE),桿狀的煙草花葉病毒在 BF 模式下更加直觀。BF 模式更適合觀察輕元素(Z 較小),輕元素散射作用較弱,因此在 HAADF 模式下較難清晰觀測細節。

而桿狀煙草花葉病毒周圍較厚的脂質球,電子較難穿透,BF 像上相對較暗。在 DF 模式下,密度較大的脂質球表現出較強的衍射,因此在 DF 像上相對較亮。

案例二:多壁碳納米管及其催化劑

STEM-A.jpg STEM-B.jpg 

多壁碳納米管的 BF 像和 HAADF 像,放大倍數:20,000X
 
根據成像特點,圖 A 的 BF 像,紅色標記部位可能是原子序數(Z)更大的催化劑的位置(并不絕對)。但是在圖 B 的 HAADF 像上,紅色標記位置,并未顯示為明顯的“亮點",而黃色標記部位才是真正的催化劑存在的位置。可以看出 HAADF 成像在類似案例中可以體現出高 Z 襯度關聯性的成像優勢。

以上案例均使用飛納電鏡最新發布的產品 --  Phenom Pharos STEM 臺式場發射 SEM-STEM 電子顯微鏡拍攝。

Pharos STEM.png


作為臺式場發射 SEM-STEM 電子顯微鏡,在較低的加速電壓下,減少了電子束對樣品的損傷,顯著提高了圖像的襯度。在臺式掃描電鏡下即可快速獲得高分辨的 BF 像、DF 像、HAADF 像,且支持用戶自定義成像。

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