各位做扫描电镜（SEM） 的小伙伴们看过来！
最近我们发现，好多同学做SEM拍了一堆图，要么表面亮得晃眼根本看不清细节，要么整个图蒙了一层雾，要么一半清晰一半模糊，结果给导师一看，来一句 “这图放论文里不行”，又只能重新制样、重新拍，心态都崩了。
我们实验室天天守着这台扫描电镜给同学们做测试，见了太多同学踩同样的坑！攒了好几年的测试经验，今天就整理出来，从你送样前的准备、测试时的参数、拍完后的处理，全给你讲清楚，帮你一次拍出能直接用的发表级好图！
（图1）
一、90% 的废片都出在样品准备上
好多同学一来就问：是不是你们仪器有问题？怎么我拍出来的图这么差？其实我们碰到的情况里，90% 的废片是样品没做好导致的。
1. 解决最常见的荷电问题
第一个要解决的，就是 SEM 的头号杀手 —— 荷电效应。
好多拿了聚合物、陶瓷、生物样品的同学，没做导电处理就送过来了，结果一拍，整个图要么亮得晃眼，要么有奇怪的条纹，甚至整个图在漂移，这就是样品不导电，电子打上去积累了电荷导致的。
（图2：荷电废片）
针对这个问题，我们给大家准备了几个方案，你可以根据自己的样品选择：
• 喷金 / 喷铂：最通用的办法
这也是我们最常用的，绝大多数不导电的样品都能用，操作简单，效果立竿见影。不过要提醒大家，喷的时间别太长，20-40 秒、电流 10-20mA 就够了，金层太厚的话，会把你样品表面的纳米级细节给盖住。
要是你是做介孔、纳米粒子这类精细结构的，我们建议你选喷铂 —— 铂的颗粒更细，只有 1-2nm，比金的 5-10nm 细多了，不会掩盖你的纳米细节。喷的时候我们也会帮你把样品转起来，保证每个面都能喷到导电层。
• 低电压模式：保留原始表面的选择
要是你不想喷金污染样品，要保留原始的表面信息，提前跟我们说，我们可以给你用低电压成像，低电压下电子束能量低，不容易积累电荷，不过缺点是分辨率会稍微降一点，你要提前想好。
• 环境 SEM 模式：含水样品的专属方案
要是你是水凝胶、生物组织这类含水的样品，我们这里有环境 SEM 的模式，不用喷金就能直接测，不过这个模式用的人少，你要提前跟我们预约。
• 临时应急的导电胶方案
要是你只是临时测一下，用导电胶或者导电液也能临时导出电荷，不过这个可能会污染样品，我们不推荐用来做论文的样品。
论文写法参考：Samples were sputter-coated with a 5 nm layer of platinum (Pt) to prevent charging during SEM observation. |
2. 污染会毁了你的图
还有好多同学的样品，自己没注意，带了油污、灰尘、指纹就送过来了，结果一拍，整个图蒙了一层雾，这就是污染物在电子束下碳化了，把样品真实的形貌给盖住了。
这些污染都是制样小细节没注意，我们给大家提个醒：
• 绝对别用手碰样品！ 全程都要戴无粉手套，用钝头镊子夹，我们碰到好多同学，拿样品的时候直接用手，结果手上的油沾上去，最后整个图都废了。哦对了，有些便宜的手套本身带滑石粉，戴完最好用乙醇擦一下手指，再碰样品。
• 制样要在干净的地方做，最好在超净台里，不然空气中的灰尘落上去，就成了你图里的 “杂质”。
• 要是你样品上有脱模剂或者残留的溶剂，提前用乙醇或者丙酮轻轻冲一下，然后真空干燥好再送过来，别带着这些东西进样。
• 导电胶也要选低挥发的，制完样先真空放半小时，让挥发物跑掉，再拿过来。
检查小技巧：先在低倍下找个看起来干净的地方，然后放大高倍，要是看到有暗斑慢慢扩散开，那就是电子束在烤污染物，说明你的样品已经被污染了，得重新处理。
论文写法参考：Samples were cleaned with compressed air and dried under vacuum for 2 h before sputter-coating to remove surface contaminants. |
3. 含水样品绝对不能直接测！
这个我们真的要重点强调！好多同学拿了湿的水凝胶、生物样，直接就送过来了，这可太危险了！
SEM 的腔体是高真空的，含水的样品放进去，水分会瞬间蒸发，轻则整个真空度掉下来，电子枪没法工作，图像漂移抖动；重则水分在电子束下沸腾，直接破坏你的样品，甚至污染整个腔体，弄坏昂贵的电子枪，后果真的很严重。
不同的样品，干燥的方法不一样，我们给你说清楚：
• 常规的聚合物、薄膜，你就 40-60℃真空烘 4-12 小时就行；
• 水凝胶、生物样品，得用临界点干燥，别自己随便烘，表面张力会把你的微观结构给破坏掉；
• 含溶剂的样品，常温真空干燥就好，别加热，不然样品会变形；
• 热敏的样品，用冷冻干燥，最大程度保留原始的结构。
论文写法参考：drogel samples were freeze-dried at -50°C for 24 h to preserve the porous structure before SEM observation. |
4. 样品固定：没粘牢，拍了也白拍
还有好多同学的样品，粘的时候就随便粘了一点点，结果测试的时候，样品有一点点微小的移动，高倍下就变成了严重的拖尾、漂移，根本没法对焦，白忙活一场。
不同的样品，固定的方法也不一样：
• 块状、厚膜的样品，用双面导电胶带整个粘牢，别只粘一个角，防止翘起来；
• 粉末的样品，粘完胶带，一定要用洗耳球把没粘牢的粉末吹掉！不然这些粉末在真空腔里乱飞，会污染整个仪器，甚至弄坏别的样品，我们之前就碰到过，粉末飘到物镜里，清理了快一周才好！
• 容易卷曲的薄膜，除了用胶带粘，边缘还要用导电银浆固定一下，防止翘起来；
• 纤维的样品，用胶带把两端固定住，把纤维绷直了，别晃。
论文写法参考：Samples were mounted on aluminum stubs using double-sided carbon tape. Loose powder was removed with compressed air before loading into the SEM. |
5. 磁性样品！绝对绝对不能直接测！
这个我们真的要敲黑板强调！
好多同学拿了铁、钴、镍的样品，还有磁性纳米粒子，直接就送过来了，这可太危险了！样品的磁性会干扰电子束，导致图像畸变，更严重的是，样品会被物镜的强磁场吸引，直接撞向物镜，几十万的仪器就废了！
要是磁性样品，提前跟我们说！我们有办法处理：
1. 我们可以先帮你做退磁处理，把样品的磁性消掉；
2. 要是是很薄的弱磁样品，我们可以帮你喷一层 20nm 以上的厚金层，屏蔽磁性；
3. 我们也有专门的磁性样品测试模式，能屏蔽磁场。
尤其是强磁性的粉末，比如 Fe₃O₄纳米粒子，绝对不能直接送！不然出了问题真的没法挽回。
论文写法参考：Due to the magnetic nature of the sample, the specimen was demagnetized before SEM observation and a thick Pt coating (20 nm) was applied to minimize magnetic interference. |
6. 要拍断面的同学，制样别马虎
好多同学要观察内部结构，比如相分离、填料分散、多层膜的界面，需要拍断面，这个制样的方法直接决定了你最后图的质量，我们碰到好多同学，断面没做好，最后白测了。
给大家说一下常用的断面制样方法，你可以根据自己的样品选：
• 液氮脆断：适合玻璃态的聚合物，比如 PS、PMMA、PC 这些，操作简单快速。你要把样品泡在液氮里 5-10 分钟，完全脆化了再拿出来，用预冷的镊子快速掰断，动作要快，别让样品回温变韧，不然断的时候会拉丝，把你真实的结构给盖住了。
• 冷冻断裂：要是你是弹性体、半结晶的聚合物，比如 PP、PE、橡胶这些，脆断搞不定，那就用冷冻断裂，能得到干净的断面，没有塑性变形，不过这个需要专门的设备，你可以跟我们预约。
• 离子切割：要是你是软硬复合材料、多层膜，我们这里有离子切割，做出来的断面特别平整，没有损伤，就是耗时长一点，你要提前跟我们说。
7. 粉末样品，分散好才能拍出清楚的图
好多同学的粉末样品，直接就撒在胶带上送过来了，结果一拍，全是团聚的大疙瘩，根本看不到单个颗粒的形貌，问题就出在没分散好。
你要提前把颗粒分散开：把颗粒和乙醇混在一起，超声 5-10 分钟，然后滴在硅片上，自然干燥。硅片比导电胶带平多了，背景也干净，特别适合拍纳米颗粒。
要注意浓度一定要稀，滴完之后硅片上的颗粒是均匀分散的单颗粒，别堆成小山包。要是你是特别容易团聚的颗粒，还可以加一点点 SDS 表面活性剂，防止它们重新聚在一起。
（图3：粉末效果图）
论文写法参考：Nanoparticles were dispersed in ethanol by ultrasonication for 5 min and then drop-cast onto a silicon wafer. The solvent was evaporated at room temperature before sputter-coating. |
二、测试时的参数，别全用默认的！
样品准备好了，接下来就是测试的参数了，好多同学一来就说，用默认参数就行，结果拍出来的图不对，其实每个样品的参数都要调的，给大家说一下怎么调。
8. 加速电压：不是越高越好
好多同学觉得，电压越高，分辨率越高，其实不是，加速电压不是越高越好，它决定了电子束的穿透深度。
• 要是你要看表面的纳米细节，或者不导电的样品，我们会给你用 1-3kV 的低电压，荷电轻，也能看清表面；
• 常规的聚合物、薄膜、断面，我们用 5-10kV 的中电压，这是最常用的，平衡了分辨率和荷电；
• 要是你要做 EDS 能谱，或者看成分，我们会给你用 15-30kV 的高电压，激发足够的 X 射线。
小技巧：先用低电压找区域、对焦，避免荷电，需要高分辨率的时候再把电压提上去，你要是有特殊要求，提前跟我们说。
论文写法参考：SEM images were acquired at an accelerating voltage of 5 kV with a working distance of 10 mm. |
9. 工作距离：景深和分辨率的权衡
工作距离，也就是物镜到样品的距离，这是我们最常调的参数之一，它是景深和分辨率的权衡：
• 要是你要拍高倍的纳米结构，我们会给你用 3-6mm 的短 WD，牺牲景深换分辨率；
• 常规的观察，我们用 8-12mm 的中 WD，刚好够用；
• 要是你要拍粗糙的断面，我们会给你用 15-25mm 的长 WD，保证整个视场都清晰，不会一半清楚一半糊。
我们碰到好多同学，自己拍断面的时候用了短 WD，结果一半清楚一半模糊，就是景深不够，调长 WD 就好了。
论文写法参考：The working distance was set to 15 mm to achieve sufficient depth of field for the fractured surface. |
10. 探针电流：信噪比和分辨率的选择
探针电流，也就是束斑的大小，这个是信噪比和分辨率的权衡：
• 高倍观察的时候，我们用小电流，束斑细，分辨率高，就是图像会有点颗粒感；
• 常规观察用中电流，刚好平衡；
• 做 EDS 能谱的时候，我们用大电流，信号强，能提高 X 射线的产额，缩短采集时间。
好多同学全程用大电流，结果高倍下图像发虚，就是束斑太粗了，达不到那么高的分辨率，我们都会帮你根据测试的内容调好。
论文写法参考：A probe current of 50 pA was used for high-magnification imaging, while 200 pA was used for EDS analysis. |
11. 扫描速度：慢工出细活
SEM 是逐行扫描的，扫得越快，拍得越快，但是噪声越大。
好多同学图快，用最快的速度扫完就保存，结果图像噪声大，边缘模糊，根本没法用。我们拍论文用的发表级图，都会用慢扫，再加帧平均，多扫几帧取平均，虽然拍一张要 2-5 分钟，但是噪声会特别低，效果是质的飞跃。
你要是赶时间找区域，我们可以给你用快扫，但是真的要拍照保存，还是慢一点好。
论文写法参考：Images were acquired using frame averaging (8 frames) with a scan speed of 60 s per frame to minimize noise. |
12. 聚焦和像散：最后一步的清晰度
好多同学调图像，只拧聚焦旋钮，觉得清楚了就行，但是忘了像散 —— 像散没调好的话，电子束不是圆的，导致图像在某个方向上模糊，怎么聚焦都糊。
我们测试的时候都会帮你调好像散，找个圆形的颗粒，调消像散器，直到它是圆的，聚焦的时候各个方向同时变清晰，保证高倍下的清晰度。
判断小技巧：找一个圆形颗粒（如球状SiO₂）。如果它是圆的，说明像散已校正；如果是椭圆，说明有像散。
论文写法参考：“Stigmation was carefully adjusted at 50k× magnification to minimize image distortion before capturing images.” |
13. 探测器：别全程只用一个
我们的SEM 有好几个探测器，每个探测器看到的东西都不一样：
• 常规的形貌观察，我们用 SE 二次电子探测器，能拍出坑坑洼洼的立体感；
• 要是你要看填料分布、不同的相，我们给你用 BSE 背散射探测器，重元素亮轻元素暗，一眼就能看出来；
• 要是你要拍超高分辨的纳米结构，我们给你用 InLens 探测器，收集效率更高，不过要求你的样品特别干净。
你要测什么信息，提前跟我们说，我们给你选对应的探测器，别全程只用一个，错过好多信息。
论文写法参考：SEM images were acquired using both secondary electron (SE) and backscattered electron (BSE) detectors to reveal surface morphology and filler distribution, respectively. |
14. EDS 能谱：别把半定量当精确定量
好多同学来做 EDS，问我们能不能精确定量，这里要跟大家说清楚：EDS 是半定量的，误差通常有 5-20%，别拿 EDS 的结果去质疑 ICP 或者元素分析的结果，而且轻元素比如 C、N、O，EDS 测不准，聚合物里的碳含量通常会严重偏低。
做 EDS 的时候，我们会帮你把电压调到 15-20kV，采集 60-120 秒，死时间控制在 30-40%，保证结果尽量准确，你要是要精确的元素分析，我们也可以帮你安排别的测试。
论文写法参考：EDS analysis revealed the presence of Ca and O, suggesting the filler is calcium carbonate. Quantification was performed using the ZAF correction method without standards, and the results should be considered semi-quantitative. |
三、拍完之后，收尾工作要做好
拍完图，还有两个细节，好多同学都忽略了，最后功亏一篑。
15. 修图可以，但别造假
好多同学拿了图，就用 PS 乱 P，把不要的颗粒去掉，或者局部调亮，这可不行，这是学术不端！
允许你整体调整一下亮度对比度，裁剪一下无关的区域，加个与仪器一致的正确标尺，别的都千万别改！现在好多 SCI 期刊都会要原始图像，或者要求你声明有没有改图，千万别乱搞，不然出了问题后果很严重。
论文写法参考：SEM images were processed only for brightness and contrast adjustment uniformly across the entire image. No other image manipulation was performed. |
16. 记录参数也很重要！
最后，也是最容易被忽略的：记录参数！
没有参数的 SEM 图，基本等于废片 —— 你没法复现结果，也没法在论文里准确描述你是怎么拍的。
要记一下：加速电压、工作距离、探测器、放大倍数、标尺、喷金的情况、制样的方法，别到时候写论文了，再来问我们哦。
图注写法参考：Fig. 3a: SEM image of the fractured surface of PLA/5%NC composite (accelerating voltage: 5 kV, WD: 12 mm, SE detector). Scale bar: 10 μm. |
我们实验室天天做测试，发现大部分的废片，都是因为这些小细节没注意，只要你把这16个细节都做好，一次就能拍出好图，不用反复排队做测试耽误时间。
要是你还有什么问题，随时来问我们，我们帮你搞定！
