復(fù)納科學(xué)儀器(上海)有限公司
已認(rèn)證
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在材料研發(fā)的過(guò)程中,檢測(cè)材料的形貌細(xì)節(jié)和品質(zhì),,需要全方位地了解樣品,。掃描電鏡是科學(xué)研究過(guò)程中強(qiáng)有力的表征工具,高分辨成像可以揭示材料細(xì)節(jié)?,F(xiàn)在一些比較高端的掃描電鏡可以提供一種先進(jìn)的成像技術(shù)--透射模式(Scanning transmission eletron microscopy,,STEM),這種成像模式可以呈現(xiàn)出與 SEM 圖像不同的信息,。
STEM 模式和 SEM 成像效果有什么不同,?
以導(dǎo)電納米復(fù)合材料的研究為例,不同制備方法得到的碳納米管的厚度和長(zhǎng)度有所不同,。對(duì)碳納米管進(jìn)行準(zhǔn)確的表征非常重要(包括長(zhǎng)寬比),,因?yàn)檫@些參數(shù)直接影響了復(fù)合材料的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能。
但是在實(shí)際的表征過(guò)程中,,通常很容易忽略一些細(xì)節(jié),。以下是碳納米管的二次電子模式(SED)和掃描透射模式(STEM)下的成像效果。
碳納米管的 SED 圖(上)和 STEM 圖(下)
在掃描電鏡的 SED 圖中可以直觀顯示碳納米管的粗細(xì),,以及碳納米管之間的交織狀態(tài),。但是在 STEM 圖中,可以看到隱藏在 3D 結(jié)構(gòu)中的小顆粒,,這些顆粒在 SEM 圖中是無(wú)法看到的,。
STEM 模式有哪些成像模式?
STEM 成像包括明場(chǎng)像(bright field,,簡(jiǎn)稱 BF),,暗場(chǎng)像(dark field,簡(jiǎn)稱 DF)以及高角度環(huán)形暗場(chǎng)像(high-angle annular dark field,,簡(jiǎn)稱 HAADF),。
明場(chǎng)(BF),、暗場(chǎng)(DF)和高角度環(huán)形暗場(chǎng)(HAADF)成像示意圖和成像對(duì)比圖
BF 像
主要是樣品正下方同軸的探測(cè)器接收透射電子和部分散射電子,。影響明場(chǎng)像襯度(Contrast)的主要因素是樣品的厚度和成分,。樣品越厚,原子序數(shù)(Z)越大,,穿透樣品的電子越少,,圖像就越暗,因此 BF 像對(duì)輕元素(Z 較?。┍容^敏感,。
DF 像
主要是樣品下方非同軸位置的探測(cè)器接收散射電子信號(hào)。
HAADF 像
主要是接收高角度的非相干散射電子信號(hào),。原子序數(shù)(Z)越大,,散射角也越大,原子核對(duì)入射電子的散射作用越強(qiáng),,圖像上更亮,。因此又被稱為 Z 襯度像。
應(yīng)用案例
三種成像模式各有特點(diǎn),,具有不同的成像優(yōu)勢(shì),,可以根據(jù)樣品情況搭配使用,成像結(jié)果進(jìn)行互相驗(yàn)證,。
案例一:煙草花葉病毒
煙草花葉病毒的BSE 像,、BF 像,、 DF 像和 HAADF 像
對(duì)比掃描電鏡的背散射電子圖像(BSE),桿狀的煙草花葉病毒在 BF 模式下更加直觀,。BF 模式更適合觀察輕元素(Z 較?。p元素散射作用較弱,,因此在 HAADF 模式下較難清晰觀測(cè)細(xì)節(jié),。
而桿狀煙草花葉病毒周?chē)^厚的脂質(zhì)球,電子較難穿透,,BF 像上相對(duì)較暗,。在 DF 模式下,密度較大的脂質(zhì)球表現(xiàn)出較強(qiáng)的衍射,,因此在 DF 像上相對(duì)較亮,。
案例二:多壁碳納米管及其催化劑
多壁碳納米管的 BF 像和 HAADF 像,放大倍數(shù):20,000X
根據(jù)成像特點(diǎn),,圖 A 的 BF 像,,紅色標(biāo)記部位可能是原子序數(shù)(Z)更大的催化劑的位置(并不絕對(duì))。但是在圖 B 的 HAADF 像上,紅色標(biāo)記位置,,并未顯示為明顯的“亮點(diǎn)”,,而黃色標(biāo)記部位才是真正的催化劑存在的位置??梢钥闯?HAADF 成像在類似案例中可以體現(xiàn)出高 Z 襯度關(guān)聯(lián)性的成像優(yōu)勢(shì),。
案例三:被腎小囊包裹的正常腎小球
小鼠腎標(biāo)本樣品(腎小球和臨近的腎血管)的 STEM 圖。紅色箭頭處可以看到含有紅細(xì)胞的腎小球毛細(xì)血管,,毛細(xì)血管被腎小球基底膜和足細(xì)胞的足突包圍,。
上圖為被腎小囊(Bowman's capsule)包裹的正常腎小球的超微結(jié)構(gòu),。 STEM 圖顯示了正常腎小球毛細(xì)血管袢和腎小球系膜,,與 TEM 下的微觀圖像類似(Moss and Shore,2002),。STEM 圖中的紅色箭頭處清晰顯示了腎小球基底膜,、系膜基質(zhì)、系膜胞質(zhì),、足細(xì)胞足突的細(xì)節(jié)以及與基底膜毗鄰的裂孔結(jié)構(gòu),。STEM 圖像顯示了高分辨的超微結(jié)構(gòu),圖像襯度明顯,,可以快速捕捉到極小的細(xì)胞變化,,并快速分析感興趣部位的微觀結(jié)構(gòu)。
案例四:正常的小鼠胰腺腺泡細(xì)胞
正常的小鼠胰腺腺泡細(xì)胞結(jié)構(gòu) STEM 圖,。圖中顯示了酶原顆粒(Z),、液泡、線粒體(M),、腺泡腔(L)和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(R),。上圖為胰腺星形細(xì)胞,下圖為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu),。
案例五:人類腦腫瘤組織
人類腦腫瘤組織 STEM 圖。
圖中清晰顯示了細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)特征,,髓鞘軸突,、線粒體和嵴結(jié)構(gòu)(M)、包含細(xì)胞間質(zhì)纖維和囊泡的星形細(xì)胞結(jié)構(gòu)(紅色箭頭處),。圖中可以清晰觀測(cè)到細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器之間的關(guān)系,。
培養(yǎng)的全能干細(xì)胞的 STEM 圖
晶狀體上皮細(xì)胞內(nèi)有大量的細(xì)胞質(zhì)器,如線粒體和卵圓形細(xì)胞核,。均質(zhì)的細(xì)胞外觀與早期細(xì)胞分化階段的細(xì)胞相似(數(shù)據(jù)來(lái)自 ROR1e LECs),。圖中可以清晰看到晶狀體的微結(jié)構(gòu),包括靠近組織周?chē)木铙w上皮細(xì)胞,,以及與之相鄰的具有桿狀細(xì)胞核的未成熟的晶狀體纖維細(xì)胞,,具有圓形細(xì)胞核的細(xì)胞和晶狀體纖維細(xì)胞類似,。
以上案例均使用飛納電鏡最新發(fā)布的產(chǎn)品-- Phenom Pharos STEM 臺(tái)式場(chǎng)發(fā)射 SEM-STEM 電子顯微鏡拍攝。
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