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扫描电镜作为一种基础显微成像工具，因具有超高的放大能力，从而被高校、科研院所、材料研发和质量分析部门广泛用于研发、生产过程。

相比于光学放大器件，扫描电子显微镜使用电子束进行成像，放大、分辨能力比光学显微镜有非常大的提升。

图1 金相样品光学显微镜图像（左）和扫描电镜图像（右）

景深是一种普适用于所有的光学成像仪器的概念。所谓景深，就是照片中清晰图像的范围，景深越大，我们看到的视野中清晰的范围就越大，或称景深分辨能力强；反之，景深越小（浅），视野范围中能够清晰的范围越狭小，成像器材的景深分辨能力越弱（图2）。

图2 小景深和大景深

光学元件中，只有一个参数会直接影响景深分辨能力，那就是光束的收敛角的大或小。光束到达焦点后，收敛角越小，其得到的景深越深，例如在照相机中，光圈直径的减小会直接将收敛角减小，景深则越深（如图3）。

图3 照相机中光圈对景深的影响示意图

与光学显微镜相比，扫描电镜的成像介质（电子束）的汇聚性非常好，因此到达样品表面的电子束收敛角通常非常小，因而电镜的景深分辨能力往往比光学显微镜强（图4）。

图4 扫描电镜（右）明显比光学显微镜（左）具有更好的景深分辨能力

但是，我们也同样需要明确，扫描电镜的景深分辨能力并非无限大。在遇到一些极其特殊的样品时，比如几乎垂直放置的多层膜材料（图5），即使是扫描电镜也难以表现其全部细节。

图5 近乎垂直放置的多层膜材料截面

Phenom飞纳电镜为了应对这一问题，开发了du有的超景深成像模式。在该模式下，扫描电镜可以根据样品景深进行全视野扫描，并自动计算视野所有位置上可以获得最清晰图像的工作距离，随后连续自动曝光，ZZ得到理论景深无限制的扫描电镜图像。图 6 展示了超景深模式开启前和开启后的图像对比。

图6 超景深模式开启前后效果对比

超景深图像可以满足大景深成像的应用场景，比如金属、水泥等材质的拉伸断口这类纵深较大的样品成像及分析（图7），获得超景深图像可以使我们轻松看到此类样品的全部细节。

图7 超景深使用场景（左：复杂形状截面；右：多种材料拉伸断口）

       提到扫描电子显微镜（SEM）的“景深”，可以用摄影来做类比，两者都可以获得高清图片，也都要确定需要聚焦的位置。

       拍照时，您感兴趣的物体应该总是处于焦点位置，并且尽可能清晰。从艺术的角度来说，聚焦可以将摄影师的关注点传达给观察者，而在实际应用中，聚焦良好的图片可以展示大量细节信息。

       但是待拍摄物体中有多大部分是真正处于聚焦状态，这部分占比又是如何调控的呢？对焦状态的图像部分始终是一个平面，这意味着我们只能对wan美的平面进行成像。幸运的是，只要物体中的各部分“足够接近”焦平面，我们的大脑就可以处理，这部分称为景深。

       影响景深的参数有几个，调整这些参数可以使图片中包含的信息变多或变少，其中，光阑直径和聚焦装置(摄像头和扫描电镜镜筒)至关重要。

       物体与成像设备之间的距离也是极其重要的因素。

• 通常，物体越远，景深越大，更多物体变得足够清晰，使得大脑能够处理和区分；

• 物体越近，景深越小，清晰度或分辨率会提高，可以看到物体太远时看不到的细节。

不同景深下的两张照片

（左图）花儿特写镜头-近距离拍摄，背景变得模糊。

（右图）风景照-远距离拍摄，景深从几厘米增加到几公里。

电子显微镜是如何聚焦的

       电子显微镜中，焦点是指入射电子束圆锥直径Z小时的位置。。电子源发出电子束，镜筒内的电磁透镜和末端光阑约束电子束并决定Z小束斑尺寸。

       当电子束直径接近Z小值时，分辨率提高。通常达到特定和Z优“工作距离”-(镜筒底部和样品之间的距离)时，可取得该值。

       焦平面是指电子束直径Z小处对应的水平面。电子束对焦时，所有处于焦平面的特征物都将非常清晰。校正焦点意味着改变焦平面高度，焦平面上下的所有特征将会逐渐模糊，直到无法识别。

工作距离如何影响景深

       景深是指工作距离的一定范围，在该范围内，图像的清晰度可以接受。理想的工作距离将在聚焦后呈现Z佳分辨率。

       然而，有些情况下，例如，在观察较高样品时，分辨率变得不太重要，反而景深对结果的影响更大。对昆虫进行成像时，关键是要让画面中的所有特征都清晰可辨，比如它的腿和头。对电子线路连接成像也是如此，完整观察样品需要在同一图像中聚焦整个电线和电路板。在这种情况下，较长的工作距离有助于获得更大的景深，得到更多细节清晰可见的图像。

       电子镜筒、电子束和焦平面图示。(左图)工作距离越长，α角越小，远离焦平面不会使图像变得太模糊。(右图)工作距离缩短, β角变大，远离焦平面使得电子束直径不断增大，因此图像变得更加模糊。反之，焦平面上的电子束直径越小，图像分辨率越高。

       样品越靠近镜筒，电子束角度越大。这意味着与焦平面的微小偏差将导致电子束直径不断增大，从而使得图像更加模糊。

       反之，样品距离镜筒越远，电子束角度越小，与焦平面高度的偏差所导致的电子束直径变化也就越小，因此，可以清晰地观察到不同高度处的所有特征物。

       通常，扫描电子显微镜的景深可以从几微米增加到几毫米，通过调整景深，可以对需要ZD关注的特征进行深入观察，获得高质量的图像从而取得Z佳的分析结果。

       如您希望了解更多有关扫描电镜的信息，请填写表单与专家交谈。（填写地址：https://www.thermofisher.com/cn/zh/home/global/forms/questionnaire-2017-form-cn.html?cid=cn-ebz-soc-wec-camp-wechat2018-aMSD-pc-mkt-05282018）

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Nanoscale optical infrared spectroscopy - FTIR spectroscopy beyond the diffraction limit

基于近场光学技术的纳米分辨红外光谱

[报告简介]

    随着现代科学研究尺度不断缩小，以及微纳材料合成制备能力的提升，对适合这些尺度表征的新方法提出了更高的要求。例如，纳米复合材料对于传统基于红外光谱的表征手段提出了典型的挑战，当域和子结构的尺寸越来越小，这些域和子结构比传统的光学手段所能提供的小分辨率还要要小。

    纳米傅里叶红外光谱(nanoFTIR)是一种新兴的光学超分辨显微技术，它可以实现10nm空间分辨率的红外光谱和化学成像。利用基于AFM照明和干涉光检测的宽带光源（类似于经典FTIR光谱），它能够以纳米尺度的空间分辨率对样品进行定量近场光谱测量，具有前所未有的优质信噪比。由于其比标准FTIR光谱具有更高的检测灵敏度和极高的空间分辨率，nanoFTIR已成功地用于测定多组分薄膜聚合物共混物的化学组成，探索单个胰岛素和胶原纤维的局部二级结构，确定超薄聚合物刷层的分子取向和簇大小等。

    本次报告中，我们将以有机和无机化学以及生物研究为主题，结合发表在Nature、Science等期刊上的科研结果，介绍纳米傅里叶红外光谱(nanoFTIR)用于纳米化学鉴定、纳米域表征、理解化学和生物过程以及纳米图案化结构的表征。另外，还将就nanoFTIR技术与近场技术从原理上的关联进行详细阐述，并就微纳领域、近场领域广大科学工作者关心的热点问题进行解释说明。

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[主讲人介绍]

Nicolai Hartmann博士毕业于慕尼黑大学物理化学专业，主要研究方向为新型共聚焦显微技术和近场光学显微技术在等离子激元等方向上的应用。随后，Nicolai博士先后加入了美国阿拉莫斯国家实验室和慕尼黑大学光学研究ZX，继续从事功能性碳纳米管相关的光谱及显微表征研究、基于钙钛矿纳米材料的近场受激拉曼技术研发。其相关学术成果为Nat Nanotechnol、Nat Commun、ACS Nano、Nano Lett等国际杂志收录。

2017年Nicolai博士加入neaspec公司，从事近场技术的相关开拓和应用。由于其深厚技术底蕴和杰出工作表现，Nicolai博士深受广大ZG客户认可和欢迎，现为neaspec公司ZG区首席技术顾问。

[报告时间]

开始  2020年07月01日  14:00

结束  2020年07月01日  15:00

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[直播好礼]

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