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如何在掃描電鏡中實(shí)現(xiàn)斷層掃描與深度成像

日期:2025-04-24

在掃描電子顯微鏡(SEM)中,實(shí)現(xiàn)斷層掃描(Tomographic Scanning)與深度成像(Depth Imaging)并非傳統(tǒng)SEM的標(biāo)準(zhǔn)功能,但通過一系列擴(kuò)展技術(shù)和策略組合使用,可以獲得近似斷層或深度信息。以下是詳細(xì)的方法解析:

一、斷層掃描(Tomographic Scanning)

SEM 原生并不具備三維斷層功能,但可借助如下方式間接實(shí)現(xiàn):

1. 傾斜斷層成像(Tilt-Series Tomography)

將樣品放置在帶有傾斜功能的樣品臺(tái)上(如±60°或更多)。

逐步改變樣品角度,每個(gè)角度進(jìn)行一次成像。

通過軟件(如 ImageJ 插件、Avizo、Amira 等)重建三維圖像或斷層切片。

適用于硬質(zhì)材料、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定樣品。

2. FIB-SEM 聯(lián)用斷層成像(Focused Ion Beam + SEM)

使用聚焦離子束(FIB)逐層剝離樣品表面。

每剝離一層,SEM 進(jìn)行一次成像。

連續(xù)圖像疊加重建樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)三維斷層掃描。

優(yōu)點(diǎn):斷面清晰,分辨率高;缺點(diǎn):破壞性強(qiáng)。

二、深度成像(Depth Imaging / Topographic Contrast)

1. 利用背散射電子(BSE)成像

背散射電子的產(chǎn)生與樣品原子序數(shù)和入射深度有關(guān)。

通過BSE圖像可以獲得樣品高低落差和材質(zhì)分布信息。

適用于識(shí)別微觀地形、顆粒深淺分布。

2. 檢測(cè)多信號(hào)通道實(shí)現(xiàn)偽三維感知

同時(shí)采集二次電子(SE)、背散射電子(BSE)、陰極發(fā)光(CL)等信號(hào)。

不同電子信號(hào)穿透深度不同,組合可推測(cè)深度信息。

3. 使用多角度照明與陰影增強(qiáng)技術(shù)

特定系統(tǒng)可模擬側(cè)光投射效果,通過圖像對(duì)比形成地形陰影效果。

實(shí)現(xiàn)類似3D視覺的深度感圖像。

三、輔助深度信息技術(shù)

1. EDX Mapping 深層成分分析(半定量)

雖主要為元素分析,但在金屬和礦物樣品中,通過不同區(qū)域強(qiáng)度對(duì)比,可粗略判斷物質(zhì)埋藏深度或分布層次。

2. 環(huán)境SEM(ESEM)中濕樣的立體觀察

ESEM可以在較高濕度和低真空條件下觀察未處理樣品,有利于維持結(jié)構(gòu)完整進(jìn)行深度觀察。


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作者:澤攸科技