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纳米尺度高分辨率大视域孔-缝定量化表征及光电联用技术

发表于：2024-11-26

纳米尺度高分辨率大视域孔-缝定量化表征及光电联用技术

武汉市新生纪科技有限公司

导读：

在地质科学领域，岩石和矿物的微观结构对于理解地质过程、资源勘探以及环境评估等方面具有极其重要的意义。然而，传统的单一图像孔-缝表征技术往往面临分辨率与视域面积之间的矛盾，分辨率越高，成像视域面积越小，越不具代表性。此外，通过扫描电镜图像或者光学显微镜开展的诸如岩矿鉴定、孔-缝分析，会受制于人为随机选择视域的问题，鉴定结果具有很大的误差。同时，其在样品信息的获取方面也有较大提升空间。

为了解决这一问题，武汉市新生纪科技有限公司开发了全新的纳米尺度高分辨率大视域孔-缝定量化表征技术及光电联用技术，提高了样品微观尺度下的微观参数刻画（矿物含量、孔-缝分布）的准确性，实现了同一样品信息的互补。

技术原理

纳米尺度高分辨率大视域孔-缝定量化表征技术

该技术基于物理学中的电子束与光束成像原理，能够对材料表面及内部结构进行精细观察。该技术利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope, SEM）对样品进行纳米级分辨率的成像，适用于观察和分析极小尺寸下的微观特征；同时，采用显微镜成像系统进行微米级别的宏观区域成像，该系统具备自动拼接功能，可以将多个视场无缝连接，形成一个连续的大视域图像，适合于展示较大范围内的结构分布情况。通过上述2种方法获取的数据，经过专门的软件处理后，可以实现对样品中孔隙度、裂缝密度等关键参数的精确测量，为研究提供可靠的数据支持。

光电联用技术

光学显微镜利用光学原理，通过物镜和目镜的两级放大，首先由物镜将物体放大成一个倒立的实像，然后目镜再将这个实像放大成一个虚像，最终形成可供人眼观察的放大图像。电子显微镜则是基于电子光学原理，使用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使得物质的细微结构能够在极高的放大倍数下成像。电子显微镜的分辨率远高于光学显微镜。光学显微镜和电镜（扫描电子显微镜SEM）联用技术是一种结合了光学显微镜和电子显微镜优势的先进显微分析方法。该技术能够提供样品的宏观和微观结构信息，广泛应用于材料科学、生物学、地质学等领域。

主要仪器

蔡司 Gemini 500场发射扫描电镜

图1 蔡司Gemini 500场发射扫描电子显微镜

蔡司Gemini 500系列产品具有出色的探测效率，能够轻松地实现亚纳米分辨成像，在较低的加速电压下仍可呈现较强的信号和更丰富的细节信息。经优化的Inlens探测器可高效采集信号，快速获取清晰图像，并使样品损伤降至更低。无论是在高真空还是在可变压力模式下，更高的表面细节信息灵敏度在对任意样品进行成像和分析时都具备更佳的灵活性，在材料科学研究、生命科学研究、工业实验室或是显微成像平台中获取各种类型样品在微观世界中清晰、真实的图像，提供灵活、可靠的场发射扫描电子显微镜技术和方案。

技术参数：

（1）存储分辨率: 最高达32k × 24k 像素；

（2）加速电压：0.2-30kV；

（3）探针电流：3pA - 20nA；

（4）探针速流：0.5pA-5μA连续可调；

（5）放大倍数：5-2000000x；

（6）标配探测器：镜筒内Inlens二次电子探测器；样品室内的Everhart Thornley二次电子探测器。

技术介绍

1 大视域高分辨率BSD图像的矿物及孔-缝图像识别技术

武汉市新生纪科技有限公司研究团队基于微观图像中分辨率与视域面积的矛盾问题，提出了基于高分辨率图像的拼接而成的大视域的图像准确刻画微观参数分布的技术，如矿物的含量、孔-缝的分布。在此认识的基础上，研究团队将高分辨率图像拼接技术与光学显微镜及扫描电镜成像分析技术相结合，配备自动载物台、图像拼接软件、孔隙识别与分类系统，实现了纳米尺度高分辨率大视域孔-缝定量化表征特色技术。