7.6 电子显微在高分子结构研究中的应用

扫描电子显微镜根据不同信息产生的机理，采用不同的信息检测器，使选择检测得以实现。通过对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质表面、断口和颗粒的微观形貌信息；采用EDXA（X射线能谱仪），可得到元素成分信息，即微区成分分析。下面介绍一些应用实例照片。

1）形貌分析实例

不同形态发泡聚氨酯在木材细胞腔内部的填充SEM图及其对弯曲强度影响

PE/PEO（30/70，wt）共混物脆断断面形貌图（相分离结构）

木纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料添加界面相容剂VI前(A)后(B)的断面结构

乳清蛋白胶黏剂断面结构与胶合性能关系

聚合物断面结构与拉伸性能关系

2）X射线能谱分析（微区化学成分分析）

一般的化学分析方法仅能得到分析试样的平均成分，而在电子显微镜上却可实现与微区形貌相对应的微区分析，因而是研究材料组织结构和元素分布状态的极为有用的分析方法。

微区成分分析可直接使用电子探针仪进行。它专门用于试样的成分分析，它要求试样表面必须是光滑的。但光滑的表面对试样的形貌观察不利，所以在材料科学中最为常用的是在扫描电镜上加装X射线能谱仪，这样既可进行形貌观察，又能对微区的化学成分进行分析。

能量色散谱仪简称能谱仪，是利用特征X射线能量不同来展谱而进行成分分析的仪器。

（1）能谱仪（EDAX）的主要组成部分

        由探针器、前置放大器、脉冲信号处理单元、模数转换器、多道分析器、微型计算机及显示记录系统组成，是一套较为复杂的电子仪器。

（2）能谱仪的主要性能指标

分析元素范围：能谱仪分析的元素范围为：₆C～₉₂U。

探测极限：能谱仪能测出的元素最小百分浓度称为探测极限，与分析的元素种类、样品的成分等有关，能谱仪的探测极限约为0.1~0.5%。

3）X射线能谱分析方法及应用

X射线能谱的主要分析应用方法有：定点分析、线扫描分析和面扫描分析。现简要介绍如下。

定点分析。定点定性分析是对试样某一选定点（区域）进行定性成分分析，以确定该点区域内存在的元素。其原理如下：用聚焦电子束照射在需要分析的点上，激发试样元素的特征X射线。用谱仪探测并显示X射线谱，根据谱线峰值位置的波长或能量确定分析点区域的试样中存在的元素。例如，下图为某材料的SEM照片，右侧的是照片中1、4点的能谱成分分析图谱。

线扫描分析。 使聚焦电子束在试样观察区内沿一选定直线（穿越粒子或界面）进行慢扫描。能谱仪探测元素的特征X射线，进而探测到元素含量变化的特征X射线强度沿试样扫描线的分布。通常将电子束扫描线，特征X射线强度分布曲线重叠于二次电子图像之上，可以更加直观地表明元素含量分布与形貌、结构之间的关系。

线扫描分析对于测定元素在材料相界和晶界上的富集与贫化是十分有效的。在有关扩散现象的研究中，能谱分析比剥层化学分析、放射性示踪原子等方法更方便。在垂直于扩散界面的方向上进行线扫描，可以很快显示浓度与扩散距离的关系曲线，若以微米级逐点分析，即可相当精确地测定扩散系数和激活性。下图为两种大豆基胶黏剂对木材胶接界面的SEM图谱区别及线扫描分析结果。

面扫描分析。 聚焦电子束在试样上作二维光栅扫描，能谱仪处于能探测元素特征X射线状态，用输出的脉冲信号调制同步扫描的显像管亮度，在荧光屏上得到由许多亮点组成的图像，称为X射线扫描像或元素面分布图像。试样每产生一个X光子，探测器输出一个脉冲，显像管荧光屏上就产生一个亮点;若试样上某区域该元素含量多，荧光屏图像上相应区域的亮点就密集。根据图像上亮点的疏密和分布，可确定该元素在试样中分布情况。

实例1：某材料的SEM图谱及面扫描分析。

实例2：硅氧烷/硅烷混合物浸泡过的桦木的SEM照片（左）和横剖面扫描图像（右）