清楚：本文采算科技主要先容了扫描电子显微镜（SEM）中二次电子（SE）像、背散射电子（BSE）像和能量色散光谱（EDS）数据的信号旨趣、图像秉性及解读步伐。详备讲述了SE像用于表征微不雅描摹，BSE像用于差别因素各别，EDS用于因素定性和半定量分析，以及若何赓续这些技巧进行科学分析。
图1：电子束与样品作用引发多样信号。
二次电子（SE）像
二次电子信号是SEM中最常用的成像信号，险些通盘材料的微不雅描摹表征齐依赖它。要读懂二次电子图像，率先得认知其信号着手与描摹的关联逻辑。
信号旨趣
当SEM的入射电子束（能量常常5-30kV）轰击样品名义时，会与样品原子的核外价电子发生非弹性碰撞——价电子得回能量后脱离原子遏抑，从样品名义逸出，这些逸出的电子即是二次电子（SecondaryElectron，SE）。
图2：二次电子引发暗示图。
要津秉性
1.产生深度浅：二次电子能量极低（常常二次电子信号仅反应样品 “最上层” 的结构信息。
2.对描摹极明锐：样品名义的凹了得伏会径直影响二次电子的“逃跑成果”：
了得处（如纳米颗粒尖端、台阶边际）：入射电子束易与上层原子作用，二次电子能凯旋逸出，探伤器网罗到的信号强，在图像中呈现亮区；
凹下处（如孔洞里面、沟槽底部）：二次电子逸出时会被周围结构装束，探伤器网罗到的信号弱，在图像中呈现暗区。
图3：实质样品中二次电子引发暗示图。
图4：描摹衬度旨趣。
这种“亮凸暗凹”的信号各别，恰是二次电子图像能呈现三维立体描摹的中枢原因。
数据解读
二次电子图像的解读中枢是通过明暗散播复原名义拓扑结构，需赓续放大倍数、标尺和样品布景，重心温雅三类要津信息：
1）举座描摹与尺寸：
举座描摹判断：在低放大倍数下，不雅察样品的举座结构特征——举例金属粉末是否集结、集结物薄膜是否存在裂纹、陶瓷样品是否含有气孔。
微不雅尺寸测量：借助图像标尺（SEM图像右下角常常标注，如“Scale bar=1 μm”），使用软件（如ImageJ）测量要津尺寸——包括纳米颗粒的直径、纤维的直径与长度、孔洞的孔径等。
图5：不同水灰比混凝土的二次电子像。DOI：10.1038/s41467-025-58339-8。
2）名义症结与细节
二次电子图像能昭着呈现样品名义的渺小症结，这些症结常常对材料性能至关进军：
了得类细节：如薄膜名义的了得颗粒，需说明其是否为指标结构（如挑升合成的纳米晶）或制备进程中引入的杂质（如灰尘）。
凹下类症结：如金属名义的腐蚀坑（暗点）、集结物的应力裂纹（暗线），需赓续实践布景分析成因——举例金属腐蚀坑的散播是否均匀，可判断腐蚀类型为局部点蚀已经全面腐蚀；集结物裂纹的走向是否与拉伸认识一致，可关联力学性能失效机制。
图6：纳米晶镍受应力后名义罅隙的二次电子像。DO：10.1038/srep00493。
背散射电子（BSE）像
{jz:field.toptypename/}与二次电子聚焦描摹不同，背散射电子（BackscatteredElectron，BSE）的中枢价值是差别样品的因素各别。许多东说念主会混浊两者的信号逻辑，导致误读因素信息，需重心温雅它的原子序数依赖性。
信号旨趣
入射电子束与样品作用时，一部分电子会与样品原子的原子核发生弹性碰撞——由于原子核质地弘大于电子，碰撞后电子会改动阐明认识并反弹出样品名义，这些反弹的电子即是背散射电子（BSE）。
图7：二次电子与背散射电子引发暗示图对比。
要津规则
背散射电子的强度与样品原子序数（Z）正赓续——原子序数越大，原子查对入射电子的散射才气越强，背散射电子的产额越高，探伤器网罗到的信号越强。
具体弘扬：
高原子序数区域（如金属Cu、Au）：背散射电子信号强，图像中呈亮区；
低原子序数区域（如集结物中的C、陶瓷中的O）：背散射电子信号弱，图像中呈暗区；
并吞元素的不同区域（如纯Cu的晶粒与晶界）：因原子序数交流，背散射电子强度各别极小，图像明暗均匀（仅能通过二次电子不雅察晶界描摹）。
此外，背散射电子的产生深度较深（几百纳米到几微米），能反应样品“近上层”的因素散播，而非仅局限于最名义。
图8：二次电子像与背散射电子像的对比图。
数据解读
背散射电子图像的解读中枢是“通过明暗各别对应原子序数各别”，需赓续样品的预设因素（如复合材料的基体与填料、合金的不同相），重心分析三类信息：
1）因素散播
关于多组分材料，背散射电子图像能直不雅呈现各因素的空间散播；
2）因素定性
若未知样品的因素，可通过背散射电子的明暗进程初步定性：
极亮区：常常为高原子序数元素（如金属Ag、Pt，Z>40）；
中亮区：中等原子序数元素（如金属Fe、Cu，Z=26-29）；
暗区：低原子序数元素（如C、O、Al，Z
珍惜：这是定性判断，不行径直笃定元素种类（如亮区可能是Cu或Ni，需赓续EDS考据）。
图9：三种合金的背散射电子像。DOI：10.1038/s41586-025-09516-8。
EDS数据
EDS（EnergyDispersiveSpectroscopy，X射线能谱分析）是与SEM配套使用的因素分析器具，能完了定性和半定量分析。
信号旨趣
入射电子束轰击样品时，会将样品原子的内层电子击出（酿成空位），外层电子会跃迁到内层空位，跃迁进程中开释的能量以“特征X射线”的表情逸出——不同元素的电子能级差固定，开释的特征X射线能量也固定（如C的特征X射线能量为0.277keV，Fe为6.40keV，Au为9.71keV）。
图10：特征X射线引发暗示图。
EDS探伤器通过检测特征X射线的“能量”和“强度”，完了：
定性分析：证据特征X射线的能量笃定元素种类（“能量–元素” 逐个双应）；
定量分析：证据特征X射线的强度（峰面积）贪图元素含量（强度越高，含量常常越高，需经立异）。
数据解读
EDS数据常常以能谱图（横坐标：X射线能量，keV；纵坐标：计数率，cps，反应X射线强度）和元素定量表（包含元素绚丽、原子百分比、分量百分比）呈现：
1）定性分析：
中枢要领：在能谱图中找到“特征峰”，证据峰位对应的能量笃定元素——举例在2.01keV处出现峰，对应Al元素；在8.04keV处出现峰，对应Cu元素。
检测限：EDS的检测限常常为0.1%-1%（分量百分比），低于此含量的元素可能无法检出（或峰强渡过低，难以与布景差别），不行仅凭无峰判断元素不存在。
2）定量分析：
EDS定量分析限定常常以“原子百分比（At%）”和“分量百分比（Wt%）”呈现，需珍惜：定量限定是相对值，而非十足值。EDS定量限定不行替代化学分析（如ICP-MS、元素分析）。
C、O、N等轻元素的特征X射线能量低，易被样品或探伤器领受，定量纰谬较大。
图11：EDS能谱图及定量分析限定。
3）进阶分析：
除了“点分析”（分析某少量的元素构成），EDS还可进行“线扫描”和“面扫描”，获取元素的空间散播：
线扫描：沿样品某条直线（如界面、裂纹）汇注EDS信号，生成“元素-位置”弧线——举例分析金属涂层与基体的界面，线扫描弧线中涂层元素（如Cr）的强度从名义到基体逐渐裁汰，基体元素（如Fe）的强度逐渐升高，可直不雅笃定涂层厚度。
图12：Ti/SKD和Ti/ITO/SKD的SEM-EDS线扫图谱（图中蓝色线为Ti、红色线为Sb、绿色线为Co）。DOI：10.1021/acsaem.0c00100。
面扫描：对样品某一区域汇注EDS信号，生成“元素散播伪彩图”（不同热诚代表不同元素，热诚浅深代表含量高下）,可判断其分散均匀性。
图13：三金属Fe-Co-Ni MOF的FE-SEM-EDS元素散播图。DOI：10.1021/jacs.1c10963。
SEM数据解读不仅是看图片、读数值的浅显进程，还需要基于信号旨趣、赓续实践布景的科学分析。掌捏二次电子、背散射电子、EDS的信号旨趣，才能让SEM确凿成为材料和化学究诘中的牛逼助手。
