扫描电镜的论文

扫描电镜的论文（通用6篇）

篇1：扫描电镜的论文

现代检测技术论文

班级：B100306

学号：B10030617

指导老师：张慧勇

姓名：杨

卓

现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用

摘 要:

介绍了扫描电子显微镜的工作原理和特点,特别是近几年发展起来的环境扫描电镜(ES-EM)及其附带分析部件如能谱仪、EBSD装置等的原理、特点和功能,并结合钢铁材料研究展望了其应用前景。

关键词: 环境扫描电镜;能谱仪;EBSD装置 1 扫描电镜原理

扫描电镜(Scanning Electron Microscope,简写为SEM)是一个复杂的系统,浓缩了电子光学技术真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。成像是采用二次电子或背散射电子等工作方式,随着扫描电镜的发展和应用的拓展,相继发展了宏观断口学和显微断口学。扫描电镜是在加速高压作用下将电子枪发射的电子经过多级电磁透镜汇集成细小(直径一般为1~5nm)的电子束(相应束流为10-11~10-12A)。在末级透镜上方扫描线圈的作用下,使电子束在试样表面做光栅扫描(行扫+帧扫)。扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察,因而在设计上突出了景深效果,一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面。扫描电镜的主要特征如下:(1)能够直接观察大尺寸试样的原始表面;(2)试样在样品室中的自由度非常大;(3)观察的视场大;(4)图像景深大,立体感强;(5)对厚块试样可得到高分辨率图像;(6)辐照对试样表面的污染小;(7)能够进行动态观察(如动态拉伸、压缩、弯曲、升降温等);(8)能获得与形貌相对应的多方面信息;(9)在不牺牲扫描电镜特性的情况下扩充附加功能,如微区成分及晶体学分析。2近代扫描电镜的发展

扫描电镜的设计思想早在1935年便已提出,1942年在实验室制成第一台扫描电镜,但因受各种技术条件的限制,进展一直很慢。1965年,在各项基础技术有了很大进展的前提下才在英国诞生了第一台实用化的商品仪器。此后,荷兰、美国、西德也相继研制出各种型号的扫描电镜,日本二战后在美国的支持下生产出扫描电镜,中国则在20世纪70年代生产出自己的扫描电镜。前期近20年,扫描电镜主要是在提高分辨率方面取得了较大进展,80年代末期,各厂家的扫描电镜的二次电子像分辨率均已达到4.5nm。在提高分辨率方面各厂家主要采取了如下措施:(1)降低透镜球像差系数,以获得小束斑;(2)增强照明源即提高电子枪亮度(如采用LaB6或场发射电子枪);(3)提高真空度和检测系统的接收效率;(4)尽可能减小外界振动干扰。目前,采用钨灯丝电子枪扫描电镜的分辨率最高可以达到3.5 nm;采用场发射电子枪扫描电镜的分辨率可达1 nm。到20世纪90年代中期,各厂家又相继采用计算机技术,实现了计算机控制和信息处理。2.1 场发射扫描电镜

采用场致发射电子枪代替普通钨灯丝电子枪,这项技术从1968年就已开始应用,由于该电子枪的亮度(即发射电子的能力)大为提高,因而可得到很高的二次电子像分辨率。采用场发射电子枪需要很高的真空度,在高真空度下由于电子束的散射更小,其分辨率进一步得到提高。近几年来,各厂家采用多级真空系统(机械泵+分子泵+离子泵),真空度可达10-7Pa。同时,采用磁悬浮技术,噪音振动大为降低,灯丝寿命也有增加。束流稳定度在12 h内<0.8 %。2.2 分析型扫描电镜及其附件

所谓分析型扫描电镜即是指将扫描电镜配备多种附加仪器,以便对被测试样进行多种信息的分析,其附件一般有如下几种。2.2.1 能谱仪附件

能谱仪(即X射线能量色散谱仪,简称EDS)通常是指X射线能谱仪。自能谱仪在20世纪70 年代末和80年代初期普遍推广以来,首先是在扫描电镜和电子探针分析仪器上得到应用,其优点是可以分析微小区域(几个微米)的成分,并且可以不用标样。能谱仪收集谱线时一次即可得到可测的全部元素,因而分析速度快,另外,在扫描电镜所观察的微观领域中,一般并不要求所测成分具有很高的精确度,所以,扫描电镜配备能谱仪得到了广大用户的认可,并且其无标样分析的精确度能胜任常规研究工作。目前,最先进的采用超导材料生产的能谱仪,分辨率达到了5~15 eV,已超过了25 eV分辨率的波谱仪,这是目前能谱仪发展的最高水平。2.2.2 EBSD附件

早在20世纪70年代中期,有些材料工作者在扫描电镜上发现了背散射电子的衍射现象,由于这些衍射花样与所测单晶体的晶体结构有关,便将其用作材料的结构研究。直到90年代中期,有些厂家针对背散射电子衍射作用制作了专门的探测器并引进计算机技术,形成了背散射电子衍射分析技术,这就是我们通常说的EBSD(电子背散射衍射)。EBSD主要可做单晶体的物相分析,同时提供花样质量、置信度指数、彩色晶粒图,可做单晶体的空间位向测定、两颗单晶体之间夹角的测定、可做特选取向图、共格晶界图、特殊晶界图,同时提供不同晶界类型的绝对数量和相对比例,即多晶粒夹角的统计分析、晶粒取向的统计分析以及它们的彩色图和直方统计图,还可做晶粒尺寸分布图,将多颗单晶的空间取向投影到极图或反极图上可做二维织构分析,也可做三维织构即ODF分析。2.2.3 波谱仪附件

波谱仪(即X射线波长色散谱仪,简称WDS)本是随着电子探针的发明而诞生的,它是电子探针的核心部件,用作成分分析。成分分析的原理可用K=(d/R)L公式表示。K是电子束激发试样时产生的X射线波长,跟元素有关;d是分光晶体的面间距,为已知数;R是波谱仪聚焦园的半径,为已知数;L是X射线发射源与分光晶体之间的距离。对于不同的L则有不同的X射线波长,根据X射线波长就可得知是什么元素。因此,波谱仪是通过机械装置的运动改变距离L来实现成分分析。现代扫描电镜的发展

近代扫描电镜的发展主要是在二次电子像分辨率上取得了较大的进展。但对不导电或导电性能不太好的样品还需喷金后才能达到理想的图像分辨率。随着材料科学的发展特别是半导体工业的需求,要尽量保持试样的原始表面,在不做任何处理的条件下进行分析。早在20世纪80年代中期,便有厂家根据新材料(主要是半导体材料)发展的需要,提出了导电性不好的材料不经过任何处理也能够进行观察分析的设想,到90年代初期,这一设想就已有了实验雏形,90年代末期,已变成比较成熟的技术。3.1 低电压扫描电镜

在扫描电镜中,低电压是指电子束流加速电压在1 kV左右。此时,对未经导电处理的非导体试样其充电效应可以减小,电子对试样的辐照损伤小,且二次电子的信息产额高,成像信息对表面状态更加敏感,边缘效应更加显著,能够适应半导体和非导体分析工作的需要。但随着加速电压的降低,物镜的球像差效应增加,使得图像的分辨率不能达到很高,这就是低电压工作模式的局限性。

3.2 低真空扫描电镜

低真空为是为了解决不导电试样分析的另一种工作模式。其关键技术是采用了一级压差光栏,实现了两级真空。发射电子束的电子室和使电子束聚焦的镜筒必须置于清洁的高真空状态,一般用1个机械泵和扩散泵来满足之。而样品室不一定要太高的真空,可用另一个机械泵来实现样品室的低真空状态。当聚焦的电子束进入低真空样品室后,与残余的空气分子碰撞并将其电离,这些离化带有正电的气体分子在一个附加电场的作用下向充电的样品表面运动,与样品表面充电的电子中和,这样就消除了非导体表面的充电现象。3.3 环境扫描电镜(ESEM)上述低真空扫描电镜样品室最高低真空压力为400 Pa,现在有厂家使用专利技术,可使样品室的低真空压力达到2 600Pa,也就是样品室可容纳分子更多,在这种状态下,可配置水瓶向样品室输送水蒸气或输送混合气体,若跟高温或低温样品台联合使用则可模拟样品的周围环境,结合扫描电镜观察,可得到环境条件下试样的变化情况。环扫实现较高的低真空,其核心技术就是采用两级压差光栅和气体二次电子探测器,还有一些其它相关技术也相继得到完善。ESEM的特点是:(1)非导电材料不需喷镀导电膜,可直接观察,分析简便迅速,不破坏原始形貌;(2)可保证样品在100 %湿度下观察,即可进行含油含水样品的观察,能够观察液体在样品表面的蒸发和凝结以及化学腐蚀行为;(3)可进行样品热模拟及力学模拟的动态变化实验研究,也可以研究微注入液体与样品的相互作用等。因为这些过程中有大量气体释放,只能在环扫状态下进行观察。环境扫描电镜技术拓展了电子显微学的研究领域,是扫描电子显微镜领域的一次重大技术革命,是研究材料热模拟、力学模拟、氧化腐蚀等过程的有力工具,受到了国内广大科研工作者的广泛关注,具有广阔的应用前景。高温样品台及动态拉伸装置的功能 4.1 高温样品台的功能

利用高温台在环境模式下对样品进行加热并采集二次电子信号可进行适时动态观察。而在普通高真空扫描电镜和低真空扫描电镜中,只能对极少数特殊样品在高温状态下进行观察,并要求在加热过程中不能产生气体、不能发出可见光和红外辐射,否则,会破坏电镜的真空,并且二次电子图像噪音严重,乃至根本无法成像。高温台配有专用陶瓷GSED(气体二次电子探头),可在环境模式下,在高达1500e温度下正常观察样品的二次电子像。加热温度范围从室温到1500e,升温速度每分钟1~300e。环境扫描电镜的专利探测器可保证在足够的成像电子采集时抑制热信号噪音,并对样品在高温加热时产生的光信号不敏感。而这些信号足以使其它型号扫描电镜中使用的普通二次电子探头和背散射电子探头无法正常工作。4.2 动态拉伸装置的功能

最新的动态拉伸装置配有内部马达驱动器、旋转译码器、线性位移传感器,由计算机进行控制和数据采集,配合视频数据采集系统,可实现动态观察和记录。可从材料表面观察在动态拉伸条件下材料的滑移、塑性形变、起裂、裂纹扩展(路径和方向)直至断裂的全过程等。该装置还可附带3点弯曲和4点弯曲装置,具有弯曲功能,从而可以研究板材在弯曲状态下的形变、开裂直至断裂的情况。最大拉伸力为2000N,3点弯曲最大压力为660N。动态拉伸装置可配合多种扫描电镜工作。扫描电镜在材料研究中的应用

扫描电镜结合上述各种附件,其应用范围很广,包括断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损和腐蚀分析、耐火材料的结构与蚀损分析等等,结合钢铁材料的研究粗略列举如下。

(1)机械零部件失效分析,可根据断口学原理判断断裂性质(如塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、氢脆断裂等),追溯断裂原因,调查断裂是跟原材料质量有关还是跟后续加工或使用情况有关等等。

(2)钢铁产品质量和缺陷分析,如连铸坯裂纹、气泡、中心缩孔;板坯过烧导致的晶界氧化;轧制过程造成的机械划伤、折叠、氧化铁皮压入;过酸洗导致的蚀坑;涂层剥落及其它缺陷等等。由于扫描电镜的分辨率和景深比电子探针的高,因而,可从新鲜断口上获得更为全面的信息,如晶界碳化物、中心疏松等。

(3)利用高温样品台,可以观察材料在加热过程中组织转变的过程,研究不同材料在热状态下转变的差异。在材料工艺性能研究方面,可以直接观察组织形态的动态变化,弥补了以前只能通过间接观察方法的不足。例如,耐火材料和铁氧体的烧结温度都在1000e以上,实验中可以观察材料的原位变化,待冷却下来后,结合能谱仪和EBSD,进而可以分析变化后的物相。(4)利用拉伸样品台,可预先制造人工裂纹,研究在有预裂纹情况下材料对裂纹大小的敏感性以及裂纹的扩展速度,有益于材料断裂韧性的研究。例如,钢帘线因其在后续加工过程中要拉拔到0.2mm左右的直径,对夹杂物非常敏感,因此,其炼钢过程对夹杂物的控制要求特别严格。采用本仪器,可预先制作一个有夹杂物的钢帘线试样,在拉伸过程中观察夹杂物附近钢基的变化,直至开裂,然后对照钢帘线实物断口,讨论夹杂物类型、形态、尺寸、分布对断裂的影响。(5)利用EBSD装置,对汽车板等小晶粒的织构产品,可在轧制并退火之后,统计各种取向晶粒的比例,研究轧制和退后工艺对织构的影响。又如焊接试样的熔合区为凝固状态的柱状晶,因其是定向生长,存在织构,可用EBSD得到各种取向晶粒的分布情况,并可进行统计,这对焊接材料、焊接工艺以及焊接性能的研究又扩展到了晶体学研究的层次。6 结 语

新一代环境扫描电镜与能谱仪和EBSD配合,可在得到较好的试样形貌像的前提下同时得到成分信息和晶体学的信息。最近几年实现了拉伸台与计算机的完美结合,有比较完善的材料动态拉伸扫描电镜,研究才有可能开展得更为深入。环境扫描电镜真空系统和探测器等相关技术的成熟使得高温样品台的应用更安全可靠。可以预期,高温样品台、动态拉伸台、能谱仪、EBSD和环境扫描电镜组合,必将在钢铁材料工艺研究和品种开发等方面发挥更大的作用。

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篇2：扫描电镜的论文

扫描电镜观察平微杯虫(Microcotyle sebastisci Yamaguti,1958)显示:该虫中型个体,具口吸盘1对,口吸盘之间可见口孔,具横隔.口孔正下方为一圆形生殖孔,卵纺锤形具双极丝.后吸器鸡冠状,上面对称排列着两行无柄微杯型吸铗,吸铗形状、大小相近.体表具横向皱褶,背面体表具乳头状乳突,腹面体表密披杆状纤毛.

作 者：徐向明 丁雪娟 XU Xiang-ming DING Xue-juan 作者单位：徐向明,XU Xiang-ming(华南师范大学分析测试中心,广东,广州)

丁雪娟,DING Xue-juan(华南师范大学,生命科学学院,广东,广州,510631)

篇3：影响扫描电镜图像质量的因素分析

但是扫描电镜是非常精密的仪器,结构复杂,要想得到能充分反映物质形貌、层次清晰、立体感强和分辨率高的高质量图像仍然是一件非常艰难的事情,本文针对工作中出现的问题,分析影响图像质量的因素,讨论如何根据样品选择最佳观察条件。

1 加速电压

扫描电镜的电子束是由灯丝通电发热温度升高,当钨丝达到白热化,电子的动能增加到大于阳离子对它的吸引力(逸出功)时,电子就逃逸出去。在紧靠灯丝处装上有孔的栅极(也叫韦氏盖),灯丝尖处于栅孔中心。栅极上100～1000V的负电场,使灯丝的电子发射达到一定程度时,不再能继续随温度增加而增加,即达到空间电荷的饱和。离开栅极一定距离有一个中心有孔的阳极,在阳极和阴极间加有一个很高的正电压称为加速电压[1],它使电子束加速而获得能量。加速电压的范围在1～30kV,其值越大电子束能量越大,反之亦然。

加速电压的选用视样品的性质(含导电性)和倍率等来选定。当样品导电性好且不易受电子束损伤时可选用高加速电压,这时电子束能量大对样品穿透深(尤其是低原子序数的材料)使材料衬度减小图像分辨率高。但加速电压过高会产生不利因素,电子束对样品的穿透能力增大,在样品中的扩散区也加大,会发射二次电子和散射电子甚至二次电子也被散射,过多的散射电子存在信号里会出现叠加的虚影从而降低分辨率,目前我所用的扫描电子显微镜(TESCAN TS 5136MM)的加速电压可在1～30kV内任意调节,采用加速电压1～30kV (见图1)。

当样品导电性差时,又不便喷碳喷金,还需保存样品原貌的这类样品容易产生充放电效应,样品充电区的微小电位差会造成电子束散开使束斑扩大从而损害分辨率。同时表面负电场对入射电子产生排斥作用,改变电子的入射角,从而使图像不稳定产生移动错位,甚至使表面细节根本无法呈现,加速电压越高这种现象越严重,此时选用低加速电压以减少充、放电现象,提高图像的分辨率。

2 扫描速度和信噪比

在显像管的屏幕上电子束每行扫描约2000点,每帧画面约2000行,每秒钟扫描25帧。这就意味着每个点上只停留0.01μ[2]。电子束对样品的相互作用以及检测器对这种作用的响应很慢,即在0.0 1μs期间每个点上获得的信号很弱,需经过放大才能看清,这会带来很多的噪音降低信噪比。

扫描速度的选择会影响所拍摄图像的质量,如果拍图的速度太快信号强度很弱。另外由于无规则信号的噪音干扰使分辨率下降。如果延长扫描时间会使噪音相互平均而抵消,因此提高信噪比增加画面的清晰程度。但扫描时间过长,电子束滞留在样品上的时间就会延长,电子束会使材料变形,降低分辨率甚至出现假象,特别对生物和高分子样品,观察时扫描速度不能太慢,采用TESCANTS5136MM扫描电子显微镜常规采用速度每个点上只停留0.04μs。

3 束斑直径和工作距离

在SEM中束斑直径决定图像的分辨率。束斑的直径越小图像的分辨率越高。一般来讲束斑直径的大小是由电子光学系统来控制,并同末级透镜的质量有关。如果考虑末级透镜所产生的各种相差,则实际照射到试样上的束斑直径d为[3]

式中,d0高斯斑直径;ds由于透镜球象差引起的电子探针的散漫圆直径;dc由于透镜色差所引起电子探针的散漫圆直径;df由于衍射效应所造成电子探针的散漫圆直径。

在扫描电子显微镜的工作条件下:ds≫dc,df。因此公式(1)可以近似为:d2=d02+ds2。

因为d0与同末级透镜的励磁电流有关,而后者又与工作距离WD有关。WD越小,要求末级透镜的励磁电流愈大,相应的d0愈小。此外对于一定质量的透镜来讲,球象差系数也是同工作距离WD有关,WD愈小相应的Cs (透镜的球象差系数)也愈小。因此为获得高的图像分辨率则束斑直径要小,同时需要采用小的工作距离。如果探针电流过高,电子束斑缩小过度,图像中就容易出现噪声。如果要观察高低不平的样品表面,要求很高的焦深,则需要采用大的工作距离,同时需要注意,图像的分辨率会明显降低。

4 探针电流

探针电流直接影响到束斑直径、图像信号强度、分辨率以及图像清晰及失真程度等参数,而这些参数间又存在矛盾。电流越大电子束的束斑直径越小,使分辨率增大,景深也增大。但是信号弱时,亮度有时会显得不足、信噪比降低。对于一些高分子材料、生物样品或一些不导电的样品采用较大的探针电流,产生的电荷不能及时扩散迁移而形成积累,因而产生放电现象,难以得到高质量的形貌图片;但是如果探针电流过小,会由于二次电子的信号较弱,本底杂散信号影响比较大,分辨率会下降,在高倍率下影响严重。因此探针电流选择的原则是在反差和亮度满足正常的情况下,加大探针电流,以便得到最高的分辨率和较大的景深范围。但是对于低倍率观察图像时要求丰富的层次结构为主,需要采用小一点的探针电流。

扫描电镜TESCAN 5136的电子探针电流与束斑直径的关系(见图2)。探针电流越大,束斑直径越小,因此选择适合于放大倍数、观察条件(加速电压、样品倾斜角度等)和样品图像质量的探针电流是明智的。

5 象散校正

消象散器实际上是针对各种因素而造成的电子束束斑弥散圆,对于非对称造成的轴上象散都可以用消象散器来校正。对于TESCAN 5136扫描电镜,是装有八极电磁式的消象散器,如图3来消除象散对成像的影响。

八极电磁式消象散器原理[4]是根据洛伦兹力力的作用原理,这种场使沿光轴方向运动的电子受到一附加的力,在垂直于光轴的平面中,具有椭圆对称性的校正力,通过改变两组线包中电流的大小和方向,使校正场的作用补偿原透镜场的椭圆性,从而获得截面为圆形的电子束。

图像如果有象散,不仅使图像产生失真,而且图像的清晰度也会明显下降,如图4物镜光阑对中与未对中的聚焦状态:(a)准确对中原图像正圆,失焦时向四周均匀发散;(b)光阑有偏,正交时图像成椭圆,且有象散;(c)光阑偏中较大时,失焦图像流动。当物镜光阑的污染不是很严重时,或由于样品的不同性质造成的微小象散时,可以借助仪器的消象散器产生一个相反的小磁场来抵消象散的偏离度。由于消象散器是一个八面的电磁体,可以多个方向调节,得到最清晰、细节最多、并且不失真的样品原貌。图5中图像分别是存在象散的正聚焦,存在象散的过聚焦或欠聚焦,校正象散的正聚焦结果。

1.存在象散的正聚焦;2.存在象散的过聚焦或欠聚焦;3.校正象散的正聚焦

随着电镜使用时间的增加,物镜光阑等部件会受各种来自外界各种因素的污染,再加上各种样品对电子的散射程度不同,角度不同造成的象散大小和方向也不尽相同。所以在观察图像尤其是高倍率图像时,要经常对象散加以微调,否则会由于象散的原因使图像的质量大大降低。

6 其它干扰

反差对比度:图像大的反差会使图像富有立体感,但是过大的反差会损失一些细微结构;图像小的反差会使图像层次丰富和柔和,但是过小的反差也会丧失细节;对于导电的样品在遇到电子后会产生放电现象,使反差降低,因此要根据不同的样品进行自动和手动调节反差对比度。

真空和清洁:真空度不够时会使样品被盖上一层污染物,不能得到高分辨图像,镜筒和物镜光阑被污染,需及时进行清洁处理,否则在图像中会观察到象散,关掉电子束的前后瞬间图像发生位移,严重影响图像质量也会有损仪器的使用。

镀金条件的选择:根据不同的样品采取不同的喷镀条件,如喷镀时间、喷镀电流以及喷镀高度来选取合适的镀层厚度。一般对于样品的形貌变化不大的可以采用的镀层,形貌变化大的可以采用厚的镀层。

机械振动:电源稳定度和外界杂散磁场会使图像出现锯齿形畸变边缘,特别是在高倍率时更容易观察到。震动造成在不同时记录的象元排列位置随着震动频率发生挪动,从而使图像变得模糊或变形,观察高倍率图像时,相应的震动效应对图像质量的影响更为严重。

嘈杂噪音:如机械泵工作声音,除湿机工作声音、拍摄高倍率图像时说话的声音以及手机打电话信号干扰等对图像产生很大的影响,致使图像的分辨率降低。

7 总结

总而言之,影响图像质量的因素很多(见图6)。

图像的质量高低除仪器本身存在的问题外,更主要是操作条件决定的。应根据不同的样品选择最佳的扫描参数,以便得到高质量的图像。

摘要：本文介绍影响扫描电镜图像质量的因素及其对图像质量的影响,分别从加速电压、扫描速度和信噪比、束斑直径、探针电流、消像散校正、工作距离以及反差对比等分析图像质量的变化原因,提出提高图像质量的方法。

关键词：扫描电子显微镜,SEM,图像质量

参考文献

[1] 马金鑫,朱国凯.扫描电子显微镜入门[M],北京:科学出版社,1985

[2] 懂炎明.高分子分析手册,北京:中国石化出版社,2004,(3) :520

[3] 廖乾除,蓝芬兰.扫描电镜原理及应用技术,北京:冶金工业出版社,1990

篇4：扫描电镜的论文

关键词：冠状冠环线虫；大唇片冠环线虫；小唇片冠环线虫；体表结构；扫描电镜

中图分类号：Q959.17；S432.4+5 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2014）08-0214-04

冠环属（Coronocyclus）线虫隶属于圆线目（Strongylida）圆线科（Strongylidae）盅口亚科（Cyathostominae），是马属动物肠道内感染率较高的寄生圆线虫，往往造成宿主消瘦、贫血甚至死亡^[1-5]。1986年，德国学者Hartwich对盅口族（Cyathostominea）线虫进行了分类修订，根据角质支环与口囊壁前端完全分开这一特征建立了一个新属——冠环属（Coronocyclus），并将盅口属（Cyathostomum）的4个种移入该属，即冠状冠环线虫（C. coronatus）、大唇片冠环线虫（C. labiatus）、小唇片冠环线虫（C. labratus）和箭状冠环线虫（C. sagittatus）^[6]。随后，Dvojnos等又发现了一个新种，命名为尤氏冠环线虫（C. ulambajari）^[7]。近几年来，笔者对河南省驴肠道寄生线虫的感染情况进行了调查，仅采集到冠状冠环线虫、大唇片冠环线虫和小唇片冠環线虫3种冠环线虫。尽管国内外学者在光镜下已经对这3种线虫作了详细的描述^[8-10]，但是尚未见扫描电镜的相关报道。由于扫描电镜技术可以更直观、更清晰地观察到线虫的体表结构特征，因此被广泛应用于线虫的分类鉴定^[11-14]。本研究首次应用扫描电镜技术对冠环属3种线虫的体表特征进行观察和比较，不仅可以为线虫的分类鉴定提供更多、更具体的形态学依据，同时还可以为马属动物线虫病的诊断和防治提供参考依据。

1 材料与方法

采自河南省驴肠道内的线虫标本经过处理后，固定保存于70%乙醇中。固定标本先用乳酸苯酚溶液（2份甘油、1份苯酚饱和溶液、1份乳酸、1份水）透明，然后在光学显微镜下进行形态学初步鉴定，种类鉴定主要采用张路平等提出的分类系统标准[8-9，15]。标本保存于河南师范大学生命科学学院。

挑选冠环属3种线虫雌雄虫体各5头，用于扫描电镜观察。先用0.1 mol/L磷酸缓冲液（pH值 7.2）充分漂洗干净，再用2.5%戊二醛固定3 h，经磷酸缓冲液漂洗后，放入1%锇酸固定1.5 h，再经磷酸缓冲液漂洗，各级乙醇梯度脱水，醋酸异戊酯置换，CO2临界点干燥，喷金镀膜后，在S-570扫描电镜下观察和拍照（工作电压15 kV）。

2 结果与分析

2.1 冠状冠环线虫

口领显著，头部顶面观呈圆形。4个亚中乳突起自口领基部向顶部延伸呈隆起状，到达口领顶部后，突出口领之上呈子弹形（图1-1、图1-2、图1-3），乳突长9.7～11.8 μm（10.9 μm）。口领顶端两侧各有1个头感器，头感器小，稍微隆起，中间有一裂缝（图1-4）。口孔较大，近似圆形，直径为39.4～41.3 μm（40.2 μm）。口孔周围环绕着1圈外叶冠，由22个小叶组成，小叶长18.3～26.1 μm（22.5 μm），基部宽3.4～4.6 μm（4.1 μm），小叶末端钝圆，有的伸向口孔，有的向外翻卷。外叶冠的起始部位低于口领表面（图1-2、图1-3）。

雄虫（n=5）：体长7.45～8.51 mm（7.92 mm），最大体宽341.3～392.5 μm（370.2 μm）。尾部具有发达的交合伞，由1个较长的背叶和2个卵圆形的侧叶组成，背叶和侧叶分界明显（图1-5、图1-6）。生殖锥短，由腹唇和背唇组成，两唇之间的横裂即为泄殖孔。背唇上有1对卵圆形结构的附属物，中部相融合，上面分布着许多刚毛状突起（图1-7）。

雌虫（n=5）：体长8.90～10.09 mm（10.01 mm），最大体宽372.4～453.2 μm（411.7 μm）。尾部直，尾尖呈指形。阴门卵圆形，靠近肛门。肛门横裂，呈月牙形（图1-8、图1-9）。阴门距肛门110.2～120.4 μm（116.3 μm），肛门距尾端174.2～194.1 μm（183.5 μm）。

2.2 大唇片冠环线虫

口领显著， 头部顶面观呈圆形。口领内上缘在背腹面和侧面向内延伸形成4个大的唇形结构，每个唇片的基部中央伸出1个亚中乳突，亚中乳突的大部分与唇片结合在一起，只有顶部游离在唇片的外面（图2-1、图2-2、图2-3），乳突长6.1～7.2 μm（6.8 μm）。口领顶端两侧各有1个头感器，头感器小，稍微隆起，中间有一裂缝（图2-3）。口孔较大，近似圆形，直径41.5～46.8 μm（44.3 μm）。口孔周围环绕着1外叶冠，由19个小叶组成，小叶长26.7～29.3 μm（27.4 μm），基部宽4.2～5.3 μm（4.7 μm），小叶末端钝圆，向外翻卷。外叶冠的起始部位低于口领的表面（图2-3、图2-4）。

雄虫（n=5）：体长7.65～8.19 mm（7.94 mm），最大体宽312.6～428.3 μm（364.7 μm）。尾部具有发达的交合伞，背叶较宽阔，稍长于侧叶，背叶和侧叶分界不明显（图2-5、图2-6）。生殖锥短，卵圆形，由腹唇和背唇组成，两唇之间的横裂即为泄殖孔。背唇上分布着约10个大小不等的圆锥形附属物（图2-7）。

雌虫（n=5）：体长9.76～11.23 mm（10.54 mm），最大体宽413.6～542.3 μm（486.7 μm）。尾部粗壮，稍弯向背侧，尾尖呈指形。阴门卵圆形，靠近肛门。肛门横裂，呈月牙形（图2-8、图2-9）。阴门距肛门105.3～116.4 μm（112.1 μm），肛门距尾端131.7～162.5 μm（143.9 μm）。

2.3 小唇片冠环线虫

口领显著，头部顶面观呈圆形。口领内上缘在背腹面和侧面向内延伸形成4个小的唇形结构，每个唇片的基部中央伸出1个亚中乳突，亚中乳突仅基部与唇片结合在一起，其他大部分游离在唇片的外面（图3-1、图3-2、图3-3），乳突长5.9～6.8 μm（6.3 μm）。口领顶端两侧各有1个头感器，头感器小，稍微隆起，中间有一裂缝（图3-2）。口孔稍小，近似圆形，直径为32.6～35.5 μm（34.7 μm）。口孔周围环绕着1圈外叶冠，由18个小叶组成，小叶长11.4～19.6 μm（16.3 μm），基部宽2.4～4.3 μm（3.5 μm），小叶末端钝圆，有的伸向口孔，有的向外翻卷。外叶冠的起始部位低于口领表面（图3-1、图3-2）。

雄虫（n=5）：体长5.67～6.78 mm（6.54 mm），最大体宽238.4～297.1 μm（254.8 μm）。尾部具有发达的交合伞，由1个稍长的背叶和2个卵圆形的侧叶组成，背叶和侧叶分界明显（图3-4、图3-5）。生殖锥短小，由腹唇和背唇组成，两唇之间的横裂即为泄殖孔。背唇上有1个月牙状的附属物，两端呈卵圆形（图3-6、图3-7）。

[CM（24]雌虫（n=5）：体长6.96～7.92 mm（7.68 mm），最大体宽294.8～345.3 μm（328.2 μm）。尾部直，尾尖呈指形。阴门卵圆形，靠近肛门。肛门横裂，呈月牙形（图3-8、图3-9）。阴门距肛门64.2～87.1 μm（76.4 μm），肛门距尾端86.3～98.2 μm（92.5 μm）。

3 结论与讨论

首次采用扫描电镜对冠环属3种线虫的体表结构进行了详细的观察和描述，结果发现3种线虫外部形态特征具有明显的差异：（1）冠状冠环线虫的外叶冠由22个小叶组成，小叶长18.3～26.1 μm（22.5 μm），基部宽3.4～4.6 μm（4.1 μm）；大唇片冠环线虫外叶冠小叶为19个，小叶长 26.7～29.3 μm（27.4 μm），基部宽4.2～5.3 μm（4.7 μm）；小唇片冠环线虫为18个小叶，小叶长11.4～19.6 μm（16.3 μm），基部宽2.4～4.3 μm（3.5 μm）。外叶冠形态特征的差异是鉴定圆线虫种类的重要依据之一，外叶冠的形状和数量在光镜下有时难以辨别，但在扫描电镜下可以观察得十分清楚。在以往的报道中，只是对外叶冠小叶的数量进行了描述^[8-10]，而本研究提供了更多、更具体的形态特征。（2）冠狀冠环线虫的4个亚中乳突起自口领基部，向口领顶部延伸呈隆起状；大唇片冠环线虫口领内上缘在背腹面和侧面向内延伸形成4个大的唇形结构；小唇片冠环线虫口领内上缘在背腹面和侧面向内延伸形成4个小的唇形结构。从观察结果来看，冠环属3种线虫亚中乳突基部的形态特征明显不同。大唇片冠环线虫和小唇片冠环线虫的头部特征比较相似，只是大唇片冠环线虫的口领基部形成4个特别显著的唇形隆起，而小唇片冠环线虫形成的唇形隆起小而低，与光镜下的观察结果^[8-10]一致。（3）冠状冠环线虫雄虫生殖锥背唇上有1对卵圆形结构的附属物，中部相融合，上面分布着许多刚毛状突起；大唇片冠环线虫生殖锥背唇上约有10个大小不等的圆锥形附属物；小唇片冠环线虫生殖锥上有1个两端呈卵圆的月牙形附属物。生殖锥一般包埋在雄虫交合伞下面，不易被观察，而在扫描电镜下，生殖锥的立体感较强，结构非常清晰。本结果与Lichtenfels等的描述^[9]稍有不同。在Lichtenfels等的报道中，大唇片冠环线虫生殖锥上有2对圆锥形突起，而小唇片冠环线虫生殖锥上有1对梨形附属物，中部相融合。笔者认为产生这些差异的原因可能有2个：一是由于地理分布不同造成的种内变异；二是由于在光镜下生殖锥附属物形态结构不容易分辨，使得研究者的描述和看法不同。（4）冠状冠环线虫雌虫尾部直，尾长174.2～194.1 μm（183.5 μm）；大唇片冠环线虫尾部粗壮，稍弯向背侧，尾长131.7～162.5 μm（143.9 μm）；小唇片冠环线虫尾部直，尾长86.3～98.2 μm（92.5 μm）。3种线虫雌虫尾部形态与以往的报道^[8-10]基本一致。本研究结果进一步证明，通过扫描电镜能够清晰、准确地观察到线虫的体表结构特征，可以为线虫的分类鉴定提供更多、更详细的形态鉴别依据。

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[9]Lichtenfels J R，Kharchenko V A，Dvojnos G M. Illustrated identification keys to strongylid parasites（Strongylidae：Nematoda）of horses，zebras and asses（Equidae）[J]. Veterinary Parasitology，2008，156（1/2）：4-161.

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篇5：葎草茎叶表面的扫描电镜观察

【摘要】目的 观察葎草茎叶的表面细微结构。方法 取新鲜葎草的茎叶进行扫描电镜观察。结果 葎草茎叶表面有腺鳞和3种类型的非腺毛分布，气孔器无规则型。结论 葎草茎叶表面细微结构为药材的鉴别提供了新的依据。

【关键词】葎草;叶表面; 扫描电镜;细微结构

葎草为桑科植物葎草Humulus scandens (Lour.) merr.的干燥全草[1]，具清热解毒、利尿消肿等功效，用于肺结核潮热、胃肠炎、痢疾、淋症痔疮等症。葎草挥发油主要含α、β酸类成分[2]。叶片作为植物与外界的屏障,其表皮和被毛特征已成为分类和鉴定的有力证据[3]。随着扫描电镜(SEM)的应用,这些特征更广泛地应用于不同的分类群的区分，在药用植物的鉴别中也备受关注[4-6]。国内尚无葎草新鲜茎叶表皮细微特征的报道。本文采用扫描电镜观察葎草茎叶表皮的细微结构特征，为药材的鉴别提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

葎草采自广东药学院药用植物园，并经作者鉴定。

1.2 方法

取从茎顶端往下数第5枚叶，在叶片近中脉处取约0.2 cm2的叶片样品。茎样品取第4与第5枚叶之间的茎。扫描电镜样品制备[5]：把剪下的样品放入装有2.5%戊二醛固定液(预冷)的青霉素小瓶内，用针筒抽气直至样品下沉，再放入4 ℃冰箱中固定6 h;吸除固定液，加入0.1 mol/L磷酸缓冲液(pH7.2)，摇动，漂洗6次，每次20 min;吸除缓冲液，用体积分数为30%、50%、70%、90%的乙醇进行逐级脱水，每次15 min;吸除乙醇，再用体积分数100%丙酮(加无水CaCl2)脱水3次，每次15 min;醋酸异戊酯(加无水CaCl2)置换2次，每次15 min。把样品取出进行临界点干燥。用双面胶粘在观察台上，经喷镀金膜后，置日本日立公司S?520型扫描电镜下观察和照相。

关于文中所用的叶表皮术语，参照Dicher [7] 和王宇飞[8]等的报道。

2 结 果

2.1 叶上表面

整体上凹凸不平，细胞轮廓清晰，形状不规则，非腺毛众多，气孔较少，存在于副卫细胞凹陷处。表皮细胞形态不规则，多样，大小差别小;垂周壁较下表皮表皮细胞垂周壁光滑，细胞向上隆起成龙骨状，表面有角质纹饰，角质加厚不均匀。有大量单细胞非腺毛，较小，基部圆球形，上端多数锐尖，毛细胞表面有疣状突起，毛基部有1圈表皮细胞呈环状排列，这些表皮细胞表面有清晰的棱条形角质纹饰。其结构见图1A。

2.2 叶下表面

表皮细胞轮廓清晰，性状不规则，多样，大小差别较大，细胞结合紧密，无细胞间隙;垂周壁波浪状，细胞中间向上隆起，表面有清晰的角质加厚，加厚不均匀，边缘有条形纹饰。单细胞非腺毛两种，一种呈圆锥状，较长，基部膨大成圆球形，毛上有疣状突起，非腺毛底部的表皮细胞突出表面与其他细胞区别明显(见图1D);另一种先端弯曲或钩状，坚硬，多存在于脉上，表面无疣状突起(见图1E)。有小腺毛零星分布，单细胞或两个细胞头部，柄部2个或2列4个细胞(见图1B)。腺鳞较多，头部突出表皮细胞表面，呈椭圆形平顶状，基部的表皮细胞向下凹陷(见图1C)。气孔器随机单个分散在下表皮上，气孔器类型根据Dilcher[6]的概念属于无规则性(Anomocytic type),与保卫细胞相邻的几个细胞(副卫细胞)与其周围的表皮细胞无区别。气孔椭圆形，外拱盖单层，内缘较平滑;保卫细胞两极不具“T”型加厚。其结构见图1B。

2.3 茎

多角形,表皮细胞长条形。单细胞非腺毛两种，一种与叶脉上相同,另一种为丁字形，表面有疣状突起，毛基部有1～2圈表皮细胞呈环状排列。其结构见图1F。

3 讨 论

葎草表面有3种类型的单细胞非腺毛分布：叶的上下表面主要分布的是圆锥状、基部球形的非腺毛，不同之处在于下表面的非腺毛远较上表面的非腺毛长;钩状非腺毛多分布于叶脉和茎表面;丁字形单细胞非腺毛分布于茎表面。以上结果在《中华本草》中没有记载。此外，本文结果显示，葎草叶的下表面有众多腺鳞分布，这在国内尚未见有报道;未见《中华本草》所记载的.含钟乳体的晶细胞及非腺毛。本文结果与用光学显微镜观察的结果一致[9]，为葎草的鉴别提供了新的依据。

经典的中药鉴定学对葎草的描述仅限于叶的表面是否被毛，而对于上下表面被毛的差异并没有明确说明，作者认为对叶片被毛情况的观察,特别是对于表皮毛的表面特征如疣状突起、角质层等方面，电子显微镜的使用显示出了明显的优势。组织形态学与细微形态二者相互进行印证，将更加有助于推动中药鉴定学的发展。

【参考文献】

[1] 中国中医药管理局《中华本草》编委会.中华本草:第二册[M].上海:上海科学技术出版社,:514.

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篇6：扫描电镜的论文

摘要：在科学技术快速发展的今天，人们不断需要从更高的微观层次观察、认识周围的物质世界，电子显微镜的发明解决了这个问题。电子显微镜可分为扫描电了显微镜简称扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜简称透射电镜(TEM)两大类。本文主要介绍扫描、透射电镜工作原理、结构特点及其发展，阐述了其在材料科学领域中的应用。

1扫描电镜的工作原理

从电子枪阴极发出的直径20mm～30mm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。

2扫描电镜的构成主要包括以下几个部分：

1.电子枪——产生和加速电子。由灯丝系统和加速管两部分组成2.照明系统——聚集电子使之成为有一定强度的电子束。由两级聚光镜组合而成。

3.样品室——样品台，交换，倾斜和移动样品的装置。

4.成像系统——像的形成和放大。由物镜、中间镜和投影镜组成的三级放大系统。调节物镜电流可改变样品成像的离焦量。调节中间镜电流可以改变整个系统的放大倍数。

5.观察室——观察像的空间，由荧光屏组成。

6.照相室——记录像的地方。

7.除了上述的电子光学部分外，还有电气系统和真空系统。提供电镜的各种电压、电流及完成控制功能。

3扫描电镜在材料科学中的应用

3.1.材料的组织形貌观察

材料剖面的特征、零件内部的结构及损伤的形貌，都可以借助扫描电镜来判断和分析反射式的光学显微镜直接观察大块试样很方便，但其分辨率、放大倍数和景深都比较低而扫描电子显微镜的样品制备简单，可以实现试样从低倍到高倍的定位分析，在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动，还能够根据观察需要进行空间转动，以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系统的观察分析；扫描电子显微图像因真实、清晰，并富有立体感，在金属断口和显微组织三维形态的观察研究方面获得了广泛地应用。

3.2.镀层表面形貌分析和深度检测

有时为利于机械加工，在工序之间也进行镀膜处理由于镀膜的表面形貌和深度对使用性能具有重要影响，所以常常被作为研究的技术指标镀膜的深度很薄，由于光学显微镜放大倍数的局限性，使用金相方法检测镀膜的深度和镀层与母材的结合情况比较困难，而扫描电镜却可以很容易完成使用扫描电镜观察分析镀层表面形貌是方便、易行的最有效的方法，样品无需制备，只需直接放入样品室内

即可放大观察。

3.3.显微组织及超微尺寸材料的研究

钢铁材料中诸如回火托氏体、下贝氏体等显微组织非常细密，用光学显微镜难以观察组织的细节和特征在进行材料、工艺试验时，如果出现这类组织，可以将制备好的金相试样深腐蚀后，在扫描电镜中鉴别下贝氏体与高碳马氏体组织在光学显微镜下的形态均呈针状，且前者的性能优于后者。但由于光学显微镜的分辨率较低，无法显示其组织细节，故不能区分电子显微镜却可以通过对针状组织细节的观察实现对这种相似组织的鉴别在电子显微镜下（SEM），可清楚地观察到针叶下贝氏体是有铁素体和其内呈方向分布的碳化物组成。

4透射电镜的工作原理

由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。

5透射电镜的构成电子束照明源和电磁透镜是透射电子显微镜有别于光学显微镜的两个最主要的组分。透射电子显微镜由以下几大部分组成：照明系统，成像光学系统；记录系统；真空系统;电气系统。成像光学系统，又称镜筒，是透射电镜的主体。6透射电镜在材料科学中的应用

6.1 7055铝合金EDS分析

铝合金在加工和热处理过程中，微观组织会发生一系列变化，但是有时候却很难分辨其微观组织的成分，从而很难辨别微观组织与性能之间微妙的关系。此时我们可以借助能谱微区分析。

在时效120℃/24h状态下，利用EDS分析晶粒内部基体上微区成分。在时效120℃/24h状态下，其基体主要化学成分为Al，Zn和Cu元素。在时效120℃/24h状态下，利用EDS分析晶界处微区成分。在时效120℃/24h状态下，其晶界区域主要化学成分为Al，Zn和Cu元素。但是由对比可发现，Cu和Zn的含量在晶界处比基体高一些，从而推断出晶界处的析出相中所含Cu和Zn元素比基体上高一些。

7055铝合金是典型的热处理可强化高强铝合金，它有很高的强度和优良的力学性能。热处理过程中，在470℃/1h固溶时晶界变细，基体形成过饱和固溶体； 120℃/1h时效时基体内有球状的GP区形成；时效120℃/24h，基体内部分GP区逐渐转变为棒状η′相。

小结

在材料学领域迅速发展的今天，电子显微镜为其研究插上了飞速发展的翅膀。在电子显微镜发展的同时，一些提高电镜的分析手段和分辨率的设备也得到了更进一步的发展，如像散器，高角度环形暗场技术，球差校正等。虽然现在电子显微镜已经发展到了一定的高度，但是仍需要在动态技术、低真空、高电压、高分辨率以及原位场技术方向发展。所以这给在电子显微学领域研究的科学家提出了更大的挑战，这些技术的成熟发展也需要很长一段路要走。

参考文献