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第卷第期冰川冻土
年
一
扫描电子显微镜在冻土研究中的应用
÷
王整一莲至王玉杰/
一‘中国科学院兰州冰冻土研究所冻土工程国家点实验室·
摘要利用扫描电子显微镜研究不同温度和压力条件下正冻.
、正融和已冻土微结
构的形成及发育过程,揭示冻结过程中土颗粒位移、团聚和分异. 未冻水膜形态和冷生组
构的形成机理,及不同受力状态下冻土颗粒位错、破碎、微裂隙发育和破坏机理。
关键词塑苎塑, 予狄爹
扫描电子显微镜是一种大型精密光学仪器。从年第一台扫描电镜问世以来,
已得到了迅速的发展, 种类不断增多, 性能日益提高, 它的分辨率为~ , 有效
倍数约万倍, 填补了光学显微镜和透射电镜工作范围之间的空白。扫描电镜主要用于
研究不同领域中各种样品的表面形貌特征, 目前已在生物学、植物学、地质学、冷金等
学科领域获得越来越广泛的应用。随着冻土学的发展, 冻土工作者越来越深刻地认识
到, 揭示冻土中的微观形态及研究其发育过程, 不但对冻土学深化和发展具有理论意
义, 而且对工程冻害防治措施具有重要的实际意义。
扫描电镜成像原理
扫描电镜成像过程与电视相似, 但与透射电镜成像原理完全不同, 它不需要成像透
镜, 其图像是按一定时间、空间顺序逐点形成,并在镜体外显像管上显示。图为扫描
电镜成像过程示意图。由图可见, 由电子枪发射的能量最高可达的电子束,
经聚光镜和物镜缩小, 聚焦在样品表面, 形成一个具有一定能量、强度斑点直径的电子
束, 由于人射电子与样品之间的相互作用, 将从样品中激发出二次电子, 二次电子经加
速极加速射到闪烁体上,转变成光信号,经过光导管到达光电倍增管,使光信号转变成
电信号,又经视频放大器放大. 并将其输出送至显像管栅极, 调制显像管亮度和对比
度, 便在荧光屏上呈现一幅亮暗程度不同的、反映样品表面形貌的二次电子像。
样品制备
用于扫描电镜的样品必须为固体块状或粉末, 同时在真空条件下能保持长时间的
①本文于年月收到
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期王家澄等:扫描电子显微镜在冻土研究中的应用
●
一: 样品
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图扫描电镜成像示意图
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稳定,含有水分的样品应事先干燥,沾有油污的样品是造成样品荷电的重要原因,需用
丙酮等溶剂仔细清洗。
对于导电性良好的样品, 一般不经处理就可以在电镜中观察, 而导电性不好或不导
电的样品在人射电子束照射下表面易积累电荷而影响图像质量。因此,对不导电的样品
需进行真空镀膜, 即在样品表面蒸上一层厚约的金属膜, 以消除荷电现象。
众所周知, 冻土是复杂的多相体系, 它由矿物颗粒、冰、未冻水和气相物质组成。
因此,要获得反映冻土表面特征的清晰图像难度较大,可以用带有冷却装置的电子显微
镜直接观察冻土样品。但目前国内外都采用液氨冷却, 由于温度很低℃左右,往
往使其微结构失真。因而我们采用复形法和低温真空升华法制备样品
复形法: 就是将冻土表面的矿物颗粒、冰、未冻水膜和变形裂隙等特征, 通过
溶胶的充填和渗人干涸成膜, 从而把冻土表面痕迹复印在膜片上。
样品的制备是在低温条件下进行的。选择代表性的样品用刀劈开,将同一负温下配
置的浓度为