扫描电子显微镜

扫描电子显微镜（scanningelectronmicroscope，SEM）被广泛应用于观察各种固体物质的表面超微结构的形态和组成。在扫描电子显微镜的样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇（Auger）电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几纳米至几十纳米的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子镜像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。

与光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特点：①能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm× 50mm。②样品制备过程简单，不用切成薄片。③样品可以在样品室中作三维空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。④景深大，图像富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。⑤图像的放大范围广、分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。⑥电子束对样品的损伤与污染程度较小。⑦在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

由于共价有机框架材料的颗粒尺寸一般都在微米或更小的级别，所以使用扫描电子显微镜是观察共价有机框架材料形貌的很好手段。Jiang小组报道的二维共价有机框架材料PPy-COF的研究中，［9］使用扫描电子显微镜研究发现（见图5-24），所得的PPy-COF颗粒均为规则的立方体形貌。不存在带状、纤维状、球状或者棒杆状。进一步放大发现所得的PPy-COF立方体的尺寸都很接近。在Jiang小组［2］报道的二维席夫碱系列共价有机框架材料Py-An-COF的研究中，通过扫描电子显微镜观察发现所得的Py-An-COF均为尺度均一的规则的棒杆状形貌（见图5-25）。Banerjee小组［10］报道了一种一步无模版合成具有介孔壁的共价有机框架中空球的方法。研究发现使用溶剂热法经过72小时使用扫描电子显微镜可以观察到大量相互连接的直径在0．5～4μm之间的中空球状的COF-Dha-Tab。通过扫描电子显微镜还可以观察到超声分散过程中产生的球壁损坏的球的内腔（见图5-26）。

图5-24 PPy-COF的扫描电子显微［9］

图5-25 Py-An COF的扫描电子显微［2］

图5-26 空心球型COF-Dha-Tab的扫描电子显微（标尺分别为4μm和500nm）［10］