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成像

可用的信号

五种信号类型可用于我们的电子探针成像:二次电子,背散射电子,x射线强度,吸收电流和阴极发光。下面给出了可用信号的描述,以及大多数信号类型的图像示例及其应用。

次级电子是从样品表面附近发射的低能电子。该信号提供了样品地形的图像,因此,外部形态。这不仅可以应用于样品材料的简单表征,还可以应用于各种其他应用,包括组件失效分析或由生长或溶解特征指示的材料化学稳定性的测定。

Cuprite at 74 times magnification

这张天然铜矿(Cu2O)的图像是在74倍的放大倍率下获得的,接近我们仪器放大倍率的下限50倍。它显示了在低倍放大下看到的材料的一般针状到纤维性。

Cuprite at 500 times magnification

这张相同的铜的图像是在500倍的放大倍率下获得的,这接近典型远场光学显微镜的分辨率极限。在较低的放大倍率下,晶粒呈棱柱状,呈网状结构。

Cuprite at 3000 times magnification

这张相同的铜的图像是在3000倍的放大倍率下获得的,这超过了典型光学显微镜的分辨率。结果表明,在较低的放大倍率下,表面光滑的晶粒被细小的枝晶状到放射状的骨骼生长所包裹。

背散射电子比二次散射电子具有更高的能量,当主光束中的电子通过与原子的弹性碰撞被“反弹”出样品时,就会产生背散射电子。给定原子后向散射的电子数与其平均原子序数成正比。由更大、更重的原子组成的材料会反向散射更多的电子,在图像中产生比密度较小的材料更亮的灰色色调(平均原子质量0.1 μ的差异可以分辨出来)。背散射电子因此产生与材料成分有关的图像,提供空间和化学信息。该信号对于细粒度多组分材料的表征(下面的前两幅图)和记录单相干相的化学非均质性(下面的第三幅图)特别有用。

Low magnification BSE of mortar

这是一张低放大的BSE图像,显示的是萨基斯能源中心砖砌的灰浆。它显示了砂浆的总体结构,包括石英(Qtz)和正长石(Or)砂粒组成的细骨料,加上少量赤铁矿(Fe2O3:白色,靠近图像中心),设置在Ca-和al -硅酸盐基体中。注意基质内部的非均质性,特别是孔隙度梯度,从左边大块的高钙胶结物到右边多变的富硅胶结物。

Higher detail of mortar near center

这张图片是前一张图片中心附近的一个细节,显示了富硅水泥内部的非均质性,这是由(1)早期含铁铝酸二钙,其次是(2)硅酸二钙,最后是非常含水的低钙硅酸盐(3)的顺序形成的。

Two-banded tourmaline crystals

这张照片是两个带状碧玺晶体,石英(Qtz)和正长石(Kfs)来自花岗岩。电气石中的带带,名义上是Na(Fe,Mg)3Al6(BO3)2Si8O18(OH,F)2,完全是由于Fe:Mg比例的变化(富铁区较轻),因为这些晶体中其他成分的分子分数基本上是恒定的。

元素分布。x射线强度图像记录了材料中选定元素的分布。因此,它们可以显示BSEI观测到的强度变化的化学基础。可以使用WDS和EDXA探测器中的一个或两个获得x射线图像。如果已知两个不同强度点的浓度,则可以在采集过程中或采集后通过自动过程对图像进行校准以生成定量元素分布图。图像输出可以是彩色或黑白,图像的配色方案可以是用户定义的。在下面的冶金渣示例中,颜色越亮表示强度越高(红色=最大值,黑色=最小值)。BSE图像(左上)显示了渣的复杂性,其中四个最丰富的相(按平均原子质量递减的顺序)是:(1)金属铁(BSEI中的白色:注意Fe Ka图像中的高强度,而O Ka图像中的无强度);(2)骨架状,明显呈立方状(Cr, Mn)氧化物(BSEI为浅灰色:注意Cr Ka图像中的高强度,O Ka图像中的低强度(蓝色));(3)可能淬灭为玻璃的间隙Cr-铝硅酸盐(BSEI为深灰色:Cr Ka图像强度低,但Si Ka图像强度适中,Al Ka图像强度高)和(4)可能为石英的二氧化硅(SiO2) (BSEI为黑色,Si Ka和O Ka图像为高红色强度)。

具有相似电子后向散射截面的相的分辨。在某些情况下,不同的相具有非常相似的平均原子质量,可能很难或不可能用BSEI来区分。在这种情况下,即使各相组成的细微差别也可以通过x射线成像加以区分。

下面的例子显示了花岗岩熔体晶体生长高温皇冠体育研究实验产品的三幅图像。左边的BSEI显示,在淬火成玻璃的熔体中,钾碱长石((K,Na)AlSi3O8):白色)与钠长石(NaAlSi3O8:中灰色)和石英(SiO2:中灰色)斑状共生(图像右下角的深灰色)。由于钠长石和石英具有非常相似的电子后向散射截面,它们通常难以用BSEI区分。然而,通过使用x射线成像很容易做出这种区分。中间的图像是钠的分布:红色区域是钠最丰富的区域,因此是钠长石。右图为Si分布;红色区域是石英,这是该体系中硅含量最高的相。

Component socket

吸收电流图像显示样品内电导率的差异。因此,该信号可用于检查成分或结构的变化,特别是在导电材料(如金属合金)和电子元件(如印刷电路板中的元件插座(焊角))中。

U-rich zircon crystal

阴极发光(CL)是许多材料在受到高能量源轰击时产生的紫外至近红外(包括可见波长)光形式的能量发射,这是我们仪器中的电子束。对于许多或大多数这类物质,阴极发光信号的颜色和强度对微量元素化学和/或矿物晶格中的缺陷非常敏感。这使得CL信号对于区分晶体的分带非常有用,这可能无法通过光学显微镜或BSEI来解决。这可以应用于许多矿物或合成化合物的生长历史和动力学,特别是作为WDS或其他激光或离子束方法定量分析微量至痕量水平成分的选择点的指南。

下图是在5na电流下,在1.5分钟内获得的环氧树脂中富铀锆石晶体的CL图像。请注意,放射性铀衰变引起的晶格损伤降低了锆石中的阴极发光强度,导致该颗粒中的弱发光(许多区域显示CL强度与周围的环氧树脂相当或更弱)。

成像方法

图像,特别是那些利用电子或吸收电流信号的图像,通常在17英寸显示器上实时观看,就像那些标准的SVGA计算机显示器一样;两个视频通道可用。波束扫描的速率可以从电视速率到每帧12秒不等。实时图像通常直接捕获到与设备无关的位图(BMP)数字文件,该文件不会因图像压缩而丢失数据,但可以转换为各种其他格式,提供极大的灵活性、可导出性以及图像增强和分析的皇冠体育。

图像增强,分析和输出

有各种各样的软件包可供简单地查看和增强数字图像。其中,Media Cybernetics Image Pro Plus®作为离线解决方案运行,支持强度和空间过滤,算术运算符和文本注释。Image Pro Plus®具有更强大的文本注释和图像处理功能,因此大多数增强和编辑都是使用标准(TIFF, JPEG, GIF, BMP)文件格式执行的。

使用Media Cybernetics image Pro Plus®软件包进行定量图像分析。除了图像增强功能之外,该软件包还支持从图像中获得定量信息的广泛功能。这些功能包括:手动和半自动物体测量(尺寸,强度,形状,方向),分类和计数,结果分析和统计可导出到电子表格;非线性校正的空间和强度标定;空间、逻辑、算术和背景校正操作;灰调图像的伪彩色、RGB图像的真24位彩色处理、基于颜色的图像分割;以及同时处理多个图像的能力。当与逻辑(布尔)和算术运算符一起使用时,后一种特征对于从x射线强度和背散射电子图像的组合中生成复杂的多组分系统中的相位分布图非常有用。

图像输出可以是硬拷贝或数字文件(支持多种文件格式,包括TIFF、JPEG、GIF和许多其他格式)。