掃描電鏡在陶瓷納米粉體中的應用

而掃描電鏡Apreo2在低加速電壓上做的性能優化，非常適合陶瓷納米粉體的拍攝。以下是Apreo2鏡筒的設計示意圖及鏡筒內信號示意圖。

圖5 Apreo2鏡筒設計示意圖及鏡筒內信號示意圖

Apreo2設計了三位探測器（T1/T2/T3），充分利用了鏡筒內的豐富信號。T1探測器靠近極靴的位置，可以對非導電、易電子束損傷有機樣品的進行高分辨BSE成像，即使在＜3PA的束流，也能夠保持高信噪比。T2探測器可以不鍍金對非導電樣品的高分辨成像、而且可以在大工作距離下保持（WD=10mm）高分辨成像，WD=10mm的工作距離可以兼顧能譜的分析。T3主要針對導電樣品的高分辨成像，以及平整樣品的電位襯度成像。

以下是Apero2拍攝陶瓷納米粉體的案例。

納米級Al2O3粉末具有超塑性，可以制備低溫塑性氧化鋁陶瓷；也可滿足多層電容器的電子陶瓷元件的厚度要求小于10μm；也可作為極薄的透明涂料，噴涂在諸如玻璃、塑料、金屬、漆器、大理石上；也可以分散在金屬中，提高鋁的強度。

1931年Kister通過水解水玻璃的方法首次制備出氣凝膠.納米量級顆粒相互聚合形成的連續三維網絡結構，多孔非晶態。二氧化硅氣凝膠復合材料可用在隔熱保溫材料、催化劑及載體、聲阻抗耦合材料等領域。

圖8 陶瓷納米粉體

研磨前（左圖）和研磨后（右圖）對比，研磨后的顆粒為20nm左右，可以對砂磨機的研磨效果進行評估。

為什么說Apreo2的T1和T2探測器能夠輕松實現陶瓷納米粉體的高分辨觀察？

要回答這個問題前，我們要討論電荷效應產生的原因及尋找E2平衡點的便捷性。首先，在常規的實際電鏡操作中，為消除荷電效應，需要極大的耐心尋找 E2 值來維持電荷平衡，且不同電壓來回切換需要重新合軸和消像散，導致測試效率不高，因此，單純通過尋找平衡電壓來消除荷電效應的方法存在諸多限制。第二，電荷特別容易集中在正光軸的位置，如果鏡筒內的探測器施加偏壓，就特別容易把電荷信號一并收集過來。

圖10 電荷效應產生示意圖及電荷信號發射方向示意圖（沿正光軸位置最強）

而T2探測器位置設計，無偏壓吸引電子信號（包括荷電效應的電子信號），可以最大程度的避開了沿中軸方向的荷電信號，同時保持了較高的信噪比。這樣，就把過去需要尋找的E2平衡點，拓寬成一個平衡范圍，操作上就非常輕松。這也是T2探測器能輕松拍攝陶瓷納米粉體的原因之一。

掃描電鏡低電壓技術的概念雖然早在 1960 年就被提出，但是在2000年后才開始大規模應用。說明低電壓技術本身存在很多限制因素。低電壓時入射電子束能量較低，帶來信號產生區小、更能反映表面信息等一系列優點，但是也受制于電子光學，比如更明顯的衍射效應和較大的色差。

在考慮空間分辨率時，較小的信號產生區會有益于分辨率的提高，而電子光學對束斑的限制則阻礙了分辨率的提高。通過減小工作距離可以減小物鏡的色差和球差系數，仍能獲得較高分辨率的圖像，但是該措施存在極限和限制。如果在整個光路上，電子束持續保持在恒定的低能量，衍射差和色差帶來束斑的擴展還是無可避免地妨礙分辨率的提升，所以，在電子光學和鏡筒設計上，現代高分辨掃描電鏡采用了諸多優化措施，而場發射掃描電鏡Apreo2 無疑是其中杰出的代表。