电子扫描显微镜（简称SEM）是一种高 端的显微分析设备，它利用电子束而非光线来成像，能够提供远高于光学显微镜的分辨率，对样品表面的形貌、成分和结构进行精细的观察和分析。其工作原理主要包括以下几个步骤：

1.电子束的产生与聚焦

SEM的核心部件之一是电子枪，它通常使用热发射或场发射的方式产生一束电子。热发射利用高温加热钨丝或其他材料的阴极，使其释放电子；场发射则是利用强电场从尖锐的发射体提取电子。

产生的电子束随后通过一系列电磁透镜（包括聚光镜和物镜）进行聚焦，形成一个非常细小、能量集中的电子束，其直径可小至纳米量级。

2.样品准备与放置

样品需要放置在真空环境中，因为空气分子会干扰电子束的路径。因此，SEM配备有真空系统，通常包括机械泵和高真空泵，以确保足够的真空度。

样品可能需要进行导电处理，如镀金或碳涂覆，以减少电子束引起的充电效应。

3.电子束扫描与信号收集

聚焦后的电子束在计算机控制下，按照预定模式（通常是光栅状）在样品表面扫描。扫描线圈控制电子束的运动轨迹。

当电子束与样品表面相互作用时，会产生多种信号，包括二次电子、背散射电子、特征X射线等。这些信号携带有关样品表面形貌、组成和晶体结构的信息。

专用的探测器围绕样品布置，用于收集这些信号。二次电子探测器通常用于表面形貌成像，而背散射电子和X射线探测器则更多用于成分分析。

4.信号处理与图像生成

收集到的信号被转化为电信号，然后经过放大和数字化处理。

处理后的信号被用来调制显示器上的亮度，从而在屏幕上形成样品表面的二维图像。图像的明暗反映了样品表面的电子信号强度分布，进而展示出样品的形貌特征。

对于成分分析，如能谱仪（EDS）可以进一步分析收集到的X射线信号，以确定样品中包含的元素种类及其相对含量。

通过上述工作原理，电子扫描显微镜（SEM）能够提供高分辨率的样品表面图像，对于材料科学、生物学、地质学、纳米技术等领域有着广泛的应用。‍