聚焦离子束（Focus Ion Beam，FIB）与扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）均作为材料科学领域中纳米微观表征技术。二者联用可通过“切割（FIB纳米级加工）-成像（SEM超高分辨率）-叠加”的循环，将样品内部微观结构重构。本文介绍FIB-SEM三维重构技术的技术原理、技术优势及其在材料科学领域的应用场景：
技术原理
FIB-SEM双束系统集成FIB微纳加工与SEM的高分辨成像能力，其具体流程可以分解为：
· FIB铣削：用FIB在样品表面剥离极薄的一层材料（厚度通常为几纳米到几十纳米），暴露下一层的样品表面。
· SEM高分辨成像：SEM对样品表面进行扫描，获取当前层的高分辨率二维图像，记录表面形貌或元素分布信息。
· 循环与重构：重复“切割-成像”过程，生成数张连续的二维图像序列，再通过计算机算法将这些图像对齐、拼接，最终重构出样品的三维结构。
图1 FIB-SEM三维重构成像示意图
（DOI：10.1016/j.fuel.2020.117919）
技术优势
相较于传统的三维成像技术（如工业CT、原子力显微镜），FIB-SEM三维重构技术的核心优势表现为以下两点：
超高空间分辨率：横向分辨率可达纳米级，纵向切割厚度可精准控制到纳米级，能清晰呈现材料的纳米尺度内部结构（如孔隙、晶粒、相分布）。
靶向性分析：可通过 FIB 精准定位样品的特定区域（如缺陷、界面），仅对目标区域进行逐层切割和成像，避免无关区域干扰，提升分析效率。
应用案例
材料科学：
对多孔微纳米材料颗进行切片式的形貌与成分三维重构。通过切下一定厚度的试样并进行SEM拍照，重复操作，再对切片图片进行三维形貌重构，可以清晰显示多孔材料的三维空间分布情况，并计算孔隙半径尺寸，体积等参数，为材料内部结构研究提供了新方法。
图2 对多孔聚合物薄膜进行FIB-SEM三维重构的结果
（DOI：10.1111/jmi.12950）
生命科学：
研究人员利用FIB-SEM三维重构生物细胞揭示细胞的超微结构，并对生物细胞中的复杂微观结构进行分析。
图3 果蝇肾细胞的FIB-SEM三维重构结果：经FIB铣削后，可以观察到内部的“脊状突触”亚结构，这在常规SEM中是无法观察到的
（DOI：10.1007/s00441-019-03118-3）
地质科学：
通过FIB-SEM三维重构技术，研究人员实现煤矿结构和成分多维度的分析。该技术有望在地质科学领域取得广泛应用。
图4 煤矿样品FIB-SEM三维重构图：对各相进行煤矿样品中的各物相分割归类
（DOI：10.1016/j.fuel.2020.117919）
本文源自微信公众号：中材新材料
原文标题：《FIB-SEM 三维重构：解锁材料内部的纳米世界》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/V-B-nPNmTRJ4o7pjCF0EcA
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