说明：本文华算科技主要介绍了扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、环境扫描电子显微镜（ESEM）、能谱分析（EDS）和电子背散射衍射（EBSD）的工作原理、优势、测试项目及应用场景。
扫描电子显微镜以聚焦电子束与样品表面之间的相互作用为基础，依靠探测次级电子、背散射电子与其他信号生成高分辨率的表面形貌图像。
其工作原理为高能电子束聚焦后在样品表面逐点扫描，电子束与样品原子相互作用产生各种信号，其中次级电子主要用于表面形貌成像，背散射电子则提供原子序数对比信息。
图1. 电子束与样品相互作用产生的背散射电子和二次电子的示意图。
如图2，是一张典型的SEM二次电子像，展示了复合材料在断裂后的微观形貌。图中可以清晰地观察到纤维拔出、界面脱粘和纤维断裂等多种失效机制。这些特征是分析复合材料强韧性、界面结合性能的关键证据，SEM技术在此类材料力学性能研究中发挥着不可替代的作用。
图2. 高密度SiC/SiC复合材料断裂机制的SEM表征。DOI: 10.1016/j.compositesa.2025.109359
表1：扫描电子显微镜的测试项目、技术方法及分析内容。
透射电子显微镜的成像原理基于高能电子束穿透超薄样品后产生的弹性与非弹性散射现象。穿透后的电子波经过物镜系统进行干涉与聚焦，形成样品内部结构的二维投影图像。
TEM的优势在于其极高的空间分辨率，通常可达亚埃级，可用于原子尺度的结构表征。
图3. 透射电子显微镜（TEM）成像模式。
如图4是一张典型的选区电子衍射（SAED）花样，由一系列规则排列的斑点组成。这些斑点是由满足布拉格衍射条件的晶体晶面产生的。通过分析斑点的位置和对称性，可以精确鉴定材料的晶体结构、晶格常数和晶体取向。SAED是TEM中进行微区晶体学分析的核心技术
图4. 选区电子衍射（SAED）图样。DOI: 10.1038/s41467-022-31688-4
表2：透射电子显微镜的测试项目、技术方法及分析内容。
环境扫描电子显微镜是在传统SEM技术基础上发展而来的一种低真空成像手段，其核心突破在于允许样品在非导电、含水或易挥发状态下进行电子成像。ESEM系统通过引入差分真空系统与气体二次电子探测机制，实现了在腔体内维持部分气压的条件下仍可保持电子束聚焦与稳定成像。
图5. ESEM结构原理图。DOI: 10.1002/smtd.201900588
表3：环境扫描电子显微镜的测试项目、技术方法及分析内容。
能谱分析（EDS或EDX）是一种与电子显微镜集成的元素成分分析方法，其原理为电子束轰击样品时引起原子内壳层电子激发，形成空穴后外层电子跃迁填补空穴过程释放特征X射线。
每种元素释放的X射线具有特定能量，通过探测该X射线并分析其能量分布，可实现样品中各元素的定性与半定量分析。
图6. 能谱（EDS）映射图像。DOI: 10.1002/aenm.202502425
图6是一组EDS元素面分布图。左图应为样品的SEM形貌像，而其余各图则以不同颜色展示了不同元素（如C, Co, Se）在对应区域的分布情况。这种技术能将元素的种类和含量与具体的微观位置精确关联，直观揭示材料的元素分布均匀性、相组成 以及偏析等现象。
表4：能谱分析的测试项目、技术方法及分析内容。
电子背散射衍射是一种基于入射电子与晶体结构相互作用产生衍射图样的晶体学分析技术。
其工作机制为：高能电子束以特定入射角照射抛光样品表面，部分电子被弹性散射回探测器，在此过程中与样品晶体平面发生布拉格衍射。通过图样分析，可反推出晶体取向、晶粒尺寸、亚晶界结构与织构分布等晶体学参数。
图7. 电子背散射衍射花样产生原理示意图。
表5：电子背散射衍射的测试项目、技术方法及分析内容。
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