高分子表征技术专题——扫描电镜技术在高分子表征研究中的应用

2021年，《高分子学报》邀请了国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。

更多专题内容详见：高分子表征技术专题

高分子表征技术专题前言

孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！

从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读. 期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来.

高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！

扫描电镜技术在高分子表征研究中的应用

Applications of Scanning Electron Microscopy in Polymer Characterization

作者：郑鑫 ，  由吉春 ，  朱雨田 ，  李勇进 

作者机构：杭州师范大学材料与化学化工学院,杭州,311121

作者简介：

李勇进，男，1973年生. 1996年和1999年在同济大学分别获学士和硕士学位，2002年获上海交通大学博士学位. 2002~2011年，历任日本产业技术综合研究所JSPS博士后和研究员. 2011年加入杭州师范大学，主要从事高分子材料成型加工研究. 先后获得高分子成型加工新锐创新奖(2017年)、冯新德高分子奖提名奖(2018年和2020年)、国际高分子加工学会(PPS)的Morand Lambla奖(2019年)、浙江省自然科学奖(2020年)等.

摘要

扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)是表征高分子材料微观结构及其组成信息重要的手段之一，具有操作简便、信号电子种类多样且对样品损伤较小等特点.本文系统阐述了SEM的工作原理，通过与透射电子显微镜(transmission electron microscope，TEM)进行比较，突出了其优势与特色. 详细讨论了该技术的测试方法，包括样品制备、仪器参数设定、操作技巧与图像处理，并揭示了获得高质量SEM图像的关键技术. 介绍了SEM不同的信号电子成像、SEM与其他仪器联用及SEM原位分析技术在高分子材料表征中的应用与进展. 最后，对SEM的发展趋势进行了展望.

Abstract

Scanning electron microscopy (SEM) is one of the most important tools for the characterization of polymer materials' microstructure and composition. First, it is easy to operate; then there are various electronic signals available which contain different sample information for SEM imaging; besides, there are little sample damage during SEM observation. In this work, the working principle of SEM was elucidated systematically. Also, a comparison was made between SEM and TEM with respect to working principle, resolution and magnification, view and depth of field, sample preparation, sample damage and pollution. Therefore, the advantages and features of SEM were highlighted. In addition, the experiment methods of SEM were illustrated in detail, including sample preparation, instrument parameter settings, operation skills and image treatment. The key factors which determines the quality of SEM image were revealed. The main applications of SEM in polymer characterization were introduced. Specifically, the secondary electrons imaging was used to investigate the microstructure of polymer composition, compatibility of polymer blends, crystal structure of polymer, morphology of polymer porous membrane, biocompatibility of polymer material, self-assemble behavior of polymer and so on. Besides, the backscattered electrons, characteristic X-ray, transmittance electrons were also used to reveal the morphology and composition information of polymer systems. The combination of SEM with Raman spectrometer and Focused ion beam and the in situ SEM techniques were illustrated. Finally, the recent trends of SEM development were prospected.

关键词

扫描电子显微镜;  高分子材料;  微观结构;  组成信息;  应用

Keywords

Scanning electron microscopy;  Polymer material;  Microstructure;  Composition;  Application 

材料的宏观特性是由其组分及微观结构决定的，因此，深入了解材料的微观结构，明确微观结构与宏观特性之间的内在联系对于开发新材料、提升已有材料性能是至关重要的. 电子显微镜技术是探测微观世界的重要研究手段之一，在材料的研究和发展历程中发挥了巨大的作用.

电子显微镜是在光电子理论的基础上发展起来的，包括扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和透射电子显微镜(transmission electron microscopy, TEM)两大类. 二者在结构、工作原理、对样品的要求等方面有着本质的区别. 下文将对其进行详细阐述. 由于二者的成像原理不同，所反映出来的样品信息也不尽相同，因此在实际应用中，往往需要二者相互配合，才能揭示材料最真实的微观结构. 与TEM相比，SEM具有更大的视野和景深，样品制备相对简单且对样品厚度要求不严格，并且不容易造成样品的损伤和污染，是快速表征材料微观形貌结构的首选技术.

自1965年第一台商用扫描电镜问世以来，经过不断的创新、改进和提高，扫描电镜的种类和应用领域也在不断拓展[1]. 现有的扫描电镜主要包括钨丝/六硼化镧扫描电镜(SEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、扫描透射电镜(STEM)、冷冻扫描电镜(Cryo-SEM)、环境扫描电镜(ESEM)等[2]. 此外，通过配置功能附件，如X射线能谱仪、X射线波谱仪、阴极荧光谱仪、二次离子质谱仪、电子能量损失谱仪、电子背散射衍射仪等，许多扫描电镜除了研究材料微观结构之外，还兼具微区物相分析的功能[3].

鉴于扫描电镜在材料微观结构表征中的重要作用，本文将从扫描电镜的结构与工作原理出发，通过与透射电镜进行对比，突出其性能和特点；详细讨论扫描电镜的实验方法与操作技巧，揭示获得高质量扫描电镜图像的关键技术；总结扫描电镜在高分子材料表征中的应用与最新进展；最后，对扫描电镜的发展趋势进行展望.

1 扫描电镜的结构与特点

1.1 扫描电镜的结构

扫描电镜的内部结构较为复杂，可分为电子光学系统、样品仓、信号电子探测系统、图像显示与记录系统、真空系统这5个主要部分[3]. 下文将针对这5个主要部分详细展开. 扫描电镜实物图及其主要部件如图1所示.

Fig. 1  The Hitachi S-4800 cold-field emission SEM and its main components.

1.1.1 电子光学系统

电子光学系统主要包括电子枪、聚焦透镜、扫描偏转线圈等. 其作用是产生用于激发样品产生各种信号的电子束. 为了获得较高的信号强度和图像分辨率，通常要求电子束具有较高的亮度、稳定的束流及尽可能小的束斑直径. 因此，电子光学系统是扫描电镜中尤为重要的组成部分.

电子枪阴极用来提供高能电子束，常见的有钨丝电子枪、六硼化镧电子枪和冷/热场发射电子枪. 表1汇总了几种电子枪的性能及相关参数[4].

Table 1  Several electron guns and the main performance parameter.

由电子枪阴极发射的电子束初束尺寸通常较大，需通过聚焦透镜将其大幅度缩小方可照射样品并获得较高分辨率的扫描图像. 聚焦透镜分为强激磁、短焦距的聚光镜和弱激磁、长焦距的物镜，二者均通过磁场作用改变电子射线的前进方向而使电子束产生汇聚.

扫描系统是扫描电镜一个独特的结构，包含扫描发生器、扫描偏转线圈和放大倍率变换器，其作用是使电子束在样品表面和显示屏中作光栅状同步扫描，以获得样品表面形貌信息. 这即是扫描电镜的工作原理，可简单总结为“光栅扫描，逐点成像”. 下文将对其进行进一步说明. 此外，通过改变电子束在样品表面的扫描振幅还可获得不同放大倍数的扫描图像.

1.1.2 样品仓

样品仓位于物镜的下方，用于放置样品和信号探测器. 内设样品台，并提供样品在X-横向、Y-纵向、Z-高度3个坐标方向的移动，以及样品绕自身轴旋转R和倾斜T的动作. 通过对这5个自由度的选择性控制，可以实现对样品全方位的观察. 其中“Z”方向的距离称为工作距离，通常在2~50 mm范围内，工作距离越大，观察的视野越大.

1.1.3 信号电子探测系统

信号探测系统包括信号探测器、信号放大和处理装置及显示装置，其作用是探测样品被电子束激发出的各种信号电子，并经放大转换为用以调制图像的信号，最终在荧光屏上显示出反映样品特征的图像. 图2给出了电子束激发样品所产生的主要信号电子，包括二次电子(SE)、背散射电子(BSE)、特征X射线、透射电子(TE)、俄歇电子(AS)、阴极荧光(CL)等，及其所反映的样品性能特征的示意图. 而不同的信号电子要用不同的探测系统，目前扫描电镜的探测器有电子探测器、阴极荧光探测器和X射线探测器三大类.

 Fig. 2  The overview of main signal electrons generated during the interaction between electron beam and sample.

1.1.4 图像显示与记录系统

图像显示与记录系统由显像管和照相机组成. 显像管的作用是将信号探测系统输出的调制信号转换成图像显示在阴极射线荧光屏上，并由照相机将显像管显示的图像、放大倍率、标尺长度、加速电压等信息拍摄到底片上.

1.1.5 真空系统

为了确保电子光学系统能正常、稳定地工作，防止样品污染，电子枪和镜筒内部都需要严格的真空度. 以场发射扫描电镜为例，通常要靠一台机械泵、一台分子泵和一台离子泵联合完成. 真空度越高，入射电子的散射越少，电子枪阴极的寿命越长，同时高压电极间放电、打火等风险隐患也会降低.

1.2 扫描电镜的性能和特点

扫描电镜和透视电镜是分析材料微观形貌的2种常用表征手段. 为了明确扫描电镜性能和特点，本文将扫描电镜与同为电子显微镜的透射电镜进行全方面比较说明.

1.2.1 成像原理

结合扫描电镜的结构，其成像原理如下：在高压作用下，由电子枪阴极发射出的电子束初束，经聚光镜汇聚成极细的电子束入射到样品表面的某个分析点，与样品原子发生相互作用而激发出各种携带样品特征的信号电子，通过相应的探测器接收这些信号电子，经放大器放大后进行成像，即可分析样品在电子束入射点处的特征. 同时，通过扫描线圈驱动入射电子束在样品表面选定区域作从左到右、从上到下的光栅式扫描，实现对选定区域每个分析点的采样，从而产生一幅由点构成的图像. 其工作原理如图3(a)所示. 扫描电镜是信号电子成像，主要用来观察样品表面形貌的立体(三维)图像.

  Fig. 3  Scheme of the structure and imaging principle for SEM (a) and TEM (b).

作为电子显微镜的另一大类，透射电镜的总体工作原理与扫描电镜有着显著差别[2]. 在透射电镜中，由电子枪发射出的电子束初束同样通过聚光镜汇聚成极细的电子束照射在极薄的样品(50~70 nm)上. 与扫描电镜不同的是，透射电镜通过穿过样品的电子，即透射电子，来反映样品的内部结构信息. 携带了样品信息的透射电子经过物镜的汇聚调焦和初级放大后，形成第一幅样品形貌放大像；随后再经过中间镜和投影镜的2次放大，最终形成三级放大像，以图像或衍射谱的形式直接投射到荧光屏上，通过配有电荷耦合器件(charge coupled device, CCD)的相机拍照或直接保存在计算机硬盘中. 其工作原理如图3(b)所示. 透射电镜是透射成像，用来观察样品在二维平面内的形态和内部结构.

1.2.2 分辨率和放大倍数

分辨率表示对物点的分辨能力，指的是能够清晰地分辨2个物点的最小距离. 显微镜的理论分辨率(γ0)可用贝克公式(公式(1))表述. 显然，仪器所用光源波长越短，分辨率越高. 根据德布罗意公式(公式(2))和能量公式(公式(3))，电子显微镜的电子束波长随加速电压增加而缩短，进而明显提高电子显微镜的分辨率. 而仪器的有效放大倍率(M有效)与仪器的理论分辨率是直接相关的. 由公式(4)可知，仪器分辨率越高，有效放大倍率越大. 当仪器分辨率确定后，其有效放大倍率也随之确定. 因此，分辨率才是评价显微镜的核心指标. 而我们通常意义上说的放大倍率实际是图像放大倍率，也即屏幕输出比(M)(公式(5)). 在超高真空条件下，扫描电镜的水平和垂直分辨率分别可达0.14和0.01 nm. 放大倍数从10倍到1.5×106倍连续可调；透射电镜的最高分辨率可达0.1 nm，放大倍数从几百倍到1.5×106倍连续可调.

式中λ为光源波长，n为显微镜内介质的折光率(真空环境时n=1)，α为透镜孔径半角.

式中h为普朗克常数，m为电子质量，v为电子运动速度.

式中e为电子电荷量，U为加速电压.

式中γe为人眼分辨率(0.2 mm).

式中Lm为荧光屏成像区域边长(通常为10 cm)，Ls为电子束在试样上的扫描区域边长.

1.2.3 视野和景深

视野指的是能看到的被检样品的范围，与分辨率和放大倍率有关；景深指可获得清晰图像的深度范围. 扫描电镜的视野(10 mm~10 μm)比透射电镜(1 mm~0.1 μm)大得多，景深也比透射电镜大. 如图4所示，扫描电镜图像更有立体感，更适合观察样品凹凸不平的细微结构[5].

  Fig. 4  The SEM (a) and TEM (b) images for the same sample (Reprinted with permission from Ref.[5]; Copyright (2019) Elsevier Ltd.).

1.2.4 样品制备

扫描电镜的样品制备比较简单，对样品的厚度要求不严格，不导电的样品要经过镀膜导电处理(后文将以高分子材料为例，详细介绍扫描电镜样品的制备方法)，强磁性样品需消磁后方可观察；而对于透射电镜来说，电子必须穿过样品才能成像，因此样品要很薄，通常要经过特殊的超薄切片进行制备，过程相对复杂.

1.2.5 样品的损伤和污染

在用扫描电镜观察样品时，照射在样品上的束流(10-10~10-12 A)、电子束直径(5 nm)和加速电压(2 kV)都较小，故电子束能量较低. 此外，电子束在样品上做光栅状扫描，因此观察过程中对样品的损伤和污染程度较低；而使用透射电镜时，为了使图像有足够的亮度，要用较强的束流(~10-4 A)和加速电压(100 kV)，因此电子束能量较高，且固定照射在样品的某处，因此引起样品的损伤程度较大，易造成样品和镜筒的污染.

综上所述，扫描电镜的性能和特点显著，如成像立体感强，放大倍数范围大、分辨率高，不仅对样品具有普适性，且制样简单，观察时对样品的损伤和污染小，此外还可以通过调节和控制各种影响成像的因素和参数来改善图像质量(详见下文)，因此是观察材料显微结构的重要工具.

2 实验方法与技巧

要获得一幅优质的扫描电镜图像，需掌握样品制备技术、熟知操作要点并对图像进行必要的处理. 下文将以高分子材料为例，对扫描电镜的实验方法与操作技巧进行阐述.

2.1 样品制备

高分子材料扫描电镜样品的制备方法根据要观察的部位、样品形态及高分子本身的性质有所不同.

观察块状或薄膜样品表面时，只需将大小合适的样品表面朝上用导电胶黏贴在样品台上；观察块状或薄膜样品内部结构时，通常要将样品置于液氮中，通过淬断获得维持形貌的断口，然后再将断口朝上用导电胶固定在样品台上进行观察. 对于较薄且自支撑性较差的薄膜样品，可带支撑层一起淬断. 如将载有纳米纤维膜的锡箔纸，或将纤维膜浸水之后进行淬断，更便于得到其断面. 此外，黏贴样品时应尽量保持样品平稳、牢固，减少样品与导电胶之间的缝隙，以增加其导电和导热性. 有时，为了分辨高分子复合体系的组分分布情况，还需要对样品进行适当的刻蚀，利用选择性溶剂去除复合体系中的某一相，以暴露更多微观细节[6~8]，之后再进行清洗、干燥、黏贴、镀膜等步骤.

观察粉末样品时，要保证粉末与样品台粘接牢固，在样品仓抽真空时不会飞溅导致电镜污染. 根据粉末样品的尺寸，可选择用干法或湿法来制备扫描样品. 其中，干法适用于制备尺寸大于2 μm的粉末样品. 通常在导电胶上负载薄薄一层粉末样品后，要用洗耳球等从不同方向吹掉粘接不牢固的粉末；湿法适用于制备尺寸在2 μm以下的粉末样品. 首先选择合适的分散液(如水、乙醇等)，将粉末样品通过超声处理均匀地分散在其中，随后用滴管将样品溶液滴加到硅片上，待溶剂挥发后固定在样品台上进行下一步处理.

对于导电性好的高分子样品，只要用导电胶将要观察的部位朝上粘接在样品台上即可观察[9,10]；而大部分高分子材料都是绝缘的，经过高能电子束的持续扫描，样品表面会产生电荷积累，不仅会排斥入射电子，还会干扰信号电子，影响探测器对信号电子的接收，造成图像晃动、亮度异常、出现明暗相间的条纹等现象. 这就是所谓的“荷电效应”[11~13]. 为了解决这个问题，除了要用导电胶将其粘接在样品台上，还可以选择对其进行镀膜处理以提高样品的导电性[11]. 通常，5 nm的镀膜厚度足以改善样品的导电性. 对于具有特殊结构的样品，如表面不致密或者起伏较大的样品，可以适当增加镀膜厚度. 常用的镀膜材料有碳膜、金膜、银膜、铂膜等. 其中，金膜二次电子产率高、覆盖性好，在中低倍(1.5×104倍)以下观察时较常使用. 在进行更高放大倍数、更高分辨率分析时，通常会选择颗粒较小的铂膜或金-铂合金膜. 而镀膜可以通过真空镀膜和离子溅射镀膜技术来实现. 镀膜层的厚度以能消除荷电效应为准. 但是，镀膜会掩盖一些样品的微观形貌细节，使得观察结果产生偏差；此外，对于还要进行能谱分析的样品，镀膜也会对结果产生不利影响. 此时，可以选择在低压模式下对样品进行观察(详见3.4节)，即使不镀膜也可以观察到细微的结构.

当使用常规扫描电镜观察时，磁性样品要预先消磁，所有样品还需要经过彻底的干燥处理后方可观察.

2.2 实验技巧

2.2.1 仪器参数

样品制备完成后，需要对扫描电镜进行操作，调整相应的参数，获取扫描电镜图像. 通常，一幅优质的扫描电镜图像要能够清晰、真实地反映样品的形貌，需具备较高的分辨率、适中的衬度、较高的信噪比、较大的景深等. 其中，信噪比指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例. 当扫描过程中采集的信号电子数量太少时，仪器或测试环境的噪声太大，信噪比太低，会导致显示屏上出现雪花状噪点，从而掩盖了样品图像的细节. 而较高的分辨率是高质量扫描电镜图像的首要特征. 此外，图像的分辨率、衬度、信噪比、景深等特征之间是相互关联的，通过调整电镜的参数可以改变上述特征发生不同效果的变化.

(1) 加速电压

加速电压升高，束斑尺寸减小，束流增大，有利于提高图像的分辨率和信噪比. 此外，升高加速电压还能提高二次电子的发射率，但与此同时，电子束对样品的穿透厚度增加，电子散射增强，这些反而会导致图像模糊、分辨率降低. 因此，应根据样品的实际情况进行适合的选择. 对于高分子材料来说，由于其耐热性和导电性均不佳，为了避免观察、拍摄过程中样品发生热损伤及荷电效应导致图像不清晰，应适当采取较低的加速电压.

(2) 束流

束流是表征入射电子束电子数量的参数，束流与束斑直径之间的关系可用公式(6)表示：

其中，i束流，d是束斑直径，β是电子源的亮度，α是电子探针的照射半角. 由此公式可知，当其他参数不变时，束流增大，束斑尺寸也会相应变大，此时分辨率会下降，而由于束流增大有利于激发出更多的信号电子，故信噪比提高. 所以，束流对分辨率和信噪比的影响是相反. 通常，随着观察的放大倍数增加，图像清晰度所要求的分辨率也要增加，因此可适当减小束流，而信噪比可以通过其他途径，如延长扫描时间等手段来弥补.

(3) 工作距离

工作距离是指物镜最下端到样品的距离，对入射至样品表面的电子束的束斑尺寸有直接影响. 缩短工作距离可以减小束斑尺寸，进而提高图像分辨率. 然而，缩短工作距离会导致电子束入射半角α增大，因此景深变小，图像立体感变差. 因此，要得到高分辨率的图像时，需选择较小的工作距离(5~10 mm)；而要观察立体形貌时，可选用较长的工作距离(25~35 mm)，获得较大的景深.

(4) 物镜光阑

物镜是扫描电镜中最靠近样品的聚光镜，多数扫描电镜在物镜上都设有可动光阑，用于遮挡非旁轴的杂散电子并限定聚焦电子束的发散角，同时还兼具调节束斑尺寸的功能. 所用的光阑尺寸越小，被遮挡的杂散电子越多，在一定的工作距离下，孔径半角越小，因此景深变大，图像立体感变强，同时束斑尺寸减小，图像分辨率提高. 另一方面，光阑孔径小会导致入射电子束束流减小，激发出的信号电子数量减少，导致信噪比变差. 因此，对于放大倍率不高的扫描样品，或者需要使用能谱仪对样品微区进行化学组成成分分析时，应选用较大孔径的光阑，获得较大的束流和较高的信噪比.

通过上述分析可知，影响扫描电镜图像质量的各个因素之间是有内在联系的，在实际操作过程中，需根据样品的自身性质及拍摄的具体需求选择合适的条件参数.

2.2.2 操作要点

为了获得高质量的扫描电镜图像，除了选择合适的仪器参数，还应掌握正确的操作方法.

(1) 电子光学系统合轴

在扫描电镜中，由电子枪阴极发射的电子束通过聚光镜、物镜及各级光阑，最终汇聚成电子探针照射到样品表面并激发出电子信号. 其中，到达样品表面的电子束直接决定了扫描电镜的图像质量. 因此，在观察样品前必须使上述各部件的中轴线与镜筒的中轴线重合，使得电子束沿中轴线穿行，将光学系统的像差减到最小，这就是“合轴”‍. 合轴主要通过镜筒粗调和电子束微调来实现.

镜筒粗调又称机械合轴，一般仪器安装后会由专业的维修工程师进行操作. 此外，仪器使用过程中发现光斑偏离过大也需要进行机械合轴.

以日立SU8000扫描电镜为例，通过调节对应位置的螺丝和旋钮，依次进行电子枪、聚光镜光阑、物镜光阑、各级聚光镜、像散合轴等，此时屏幕中心应会出现一个既圆又亮的光斑，说明机械合轴完成.

随后，还要利用扫描电镜的对中电磁线圈所产生的磁场拖动电子束进行精确合轴，又称电子对中. 相较于机械对中，电子对中幅度小、合轴精确度高，一般在完成机械对中的基础上进行. 实际使用扫描电镜时，如在调焦或消像散时发现图像位置移动，说明电子束对中出现问题，需对其进行校正. 电子对中可通过倾斜(tilt)和平移(shift X/Y)实现. Tilt用于调整电子束的发射倾斜角度，Shift X/Y用于电子束平面X、Y方向的移动. 在调整过程中注意观察图像的亮度，亮度最大时调整结束.

(2) 放大倍数和视野选择

根据观察要求，选择合理的放大倍数及视野，确保观察部位具有科学意义，通过观察到的样品形貌能够回答要解决的研究问题. 此外，所观察的画面和角度要符合传统的美学观点，同时具有良好的构图效果.

(3) 电子束聚焦和相散消除

电子束聚焦和相散消除是电镜操作中最核心的步骤. 聚焦是指通过旋转Focus旋钮调节物镜的励磁电流，使其在欠焦、正焦、过焦这3种状态下反复切换，并通过对比图像的清晰度来确认正焦的位置，此时束斑直径最小. 调焦过程中电子束在样品表面的变化如图5所示. 在过焦和欠焦状态下，图像在相互垂直的方向上出现拉长的现象，且在正焦状态下也不清晰，此时就表明出现了像散. 在消除像散时，首先要把图像聚焦到正焦状态，随后通过调节消像散器的X、Y旋钮，辅以调焦操作，并观察图像是否被拉长，再根据实际情况，重复上述过程，直到图像清晰为止. 图5也展示了不同聚焦状态下有无像散的电子束斑形状及尺寸. 显然，消除像散后正焦时电子束斑尺寸更小，因此此时的图像具有更高的清晰度.

Fig. 5  The shape and size change of electron beam during focusing process before and after the astigmatism being eliminated.

(4) 衬度和亮度调整

图像中最大亮度和最小亮度的比值就是图像的衬度，也称对比度或反差，可通过改变扫描电镜中光电倍增管的电压进行调整. 亮度则是通过改变电信号的直流成分进行调节. 实际上，反差增强时直流成分也会增加，因此相应地亮度也会提高. 在进行扫描电镜观察与拍摄时，应交替调节衬度和亮度，保证图像具有清晰的细节和适当的明暗对比.

(5) 扫描速度调整

扫描速度要结合样品自身的性质与观察要求进行调整. 通常情况下，低倍观察时用快速扫描，高倍观察时用慢速扫描. 当图像要求高分辨率时常用慢速扫描. 对于导热性和导电性较差的高分子材料，为避免热损伤和荷电效应，通常要采用快速扫描.

(6) 样品台角度调整

表面较为光滑的样品通常其形貌衬度较弱，通过调整样品台的角度，可以使更多二次电子离开倾斜的样品表面，提高信号电子的强度(如图6所示)，进而改善图像衬度和分辨率[14].

 Fig. 6  The SE escaped from the horizontal (a) and tilted (b) sample.

(7) 图像拍摄

在实际观察与拍摄时，通常要先在较低的倍率下对整个样品进行观察，之后选择具有代表性的区域再进行放大. 遵循“高倍聚焦、低倍拍照”的原则，在高于所需拍摄放大倍数的状态下(1.2~2倍放大倍数)进行聚焦，后回调至所需放大倍数进行拍照，可获得清晰度更高的图像. 此外，为了使SEM图像更具有代表性和准确性，一方面，要对具有代表性的观察区域进行一系列放大倍数的拍摄，此时可按从高倍率到低倍率的顺序进行拍摄，过程中无需反复执行电子束聚焦的步骤，仍可获得高清晰度的图像；另一方面，也要进行多点观察，即对样品不同区域进行观察.

2.3 图像处理

图像处理是指在探测器的后续阶段，通过各种图像处理技术，对图像的衬度、亮度或噪声等进行改善，获得一幅细节更清晰、特征更明显的图像. 在此过程中，不应改变样品的原始信息.

表2  总结了仪器参数和操作要点对图像质量的影响[3,4].

Table 2  The influence factors of the SEM images and the corresponding adjustment.

3 扫描电镜在高分子材料表征方面的主要应用

总体而言，扫描电镜是一个功能十分强大的测试平台，除了最基本的成像功能之外，通过搭配不同的信号电子探测器，或与其他仪器(如拉曼光谱、单束聚焦离子束系统等)联用，或引入原位分析手段等方法，可以对材料的微观结构、元素、相态等进行分析.

3.1 不同信号电子在高分子材料表征方面的应用

常用于高分子材料表征的信号电子为二次电子(SE)、背散射电子(BSE)、特征X射线、透射电子(TE). 其中，SE、BSE和特征X射线对样品厚度没有要求，当高能电子束入射至样品后，这3类信号电子的逃逸深度及大致对应的扫描电镜图像分辨率如图7所示[15]. 而TE要求样品的厚度在100 nm以下，因此需要超薄切片处理，且为了获得足够的衬度，通常要对共混物的其中一个组分进行染色处理. 通过在SEM平台搭配不同的信号电子探测器，可以得到不同的SEM成像方式.

Fig. 7  The escape depth of SE, BSE and characteristic X-ray and their approximate image resolution.

3.1.1 二次电子成像

高能入射电子与样品原子核外电子相互作用使其发生电离形成自由电子，并克服材料的逸出功，离开样品的信号电子即为二次电子SE，其产额为每个入射电子所激发出的二次电子平均个数. 二次电子是扫描电镜中应用最多的信号电子. 由于其能量较低且容易损失，只有样品表面或亚表面区域所产生的二次电子才能离开样品到达探测器[16]. 此外，表面形貌的变化对二次电子产额影响较大，图8展示了不同表面形貌，如尖端、平面、斜面、空洞、颗粒等，对二次电子产额的影响. 显然，凸出的尖端、较为倾斜的面以及颗粒在经电子束照射后逃逸的SE较多[17]. 在成像时，SE产额较多的表面形貌通常更亮. 这种由于形貌差异导致的图像亮度不同而获得的图像衬度即为形貌衬度. 二次电子提供的形貌衬度是扫描电镜最常用的图像衬度. 通过搭配二次电子探测器，可以做如下研究：

Fig. 8  Scheme of the SE yield on different surface microstructure.

(1) 高分子复合材料微观结构

以高分子为基体，通过引入增强材料(如各种纤维[18~20]、晶须[21~23]、蒙脱土[24,25]、粒子[26~28]等)作为分散相，可以获得具有优异特性的复合材料. 通常，其性能强烈依赖于增强材料的尺寸、分散性等. SEM在开发高性能高分子复合材料中发挥了重要作用. 于中振等制备了一种具有良好电磁屏蔽性能的聚苯乙烯(PS)/热还原氧化石墨烯(TGO)/改性Fe3O4纳米粒子的复合材料[29]. 由扫描电镜图像可以清晰地分辨不同形貌的填料，如改性的零维Fe3O4颗粒结构(图9(a))与二维还原氧化石墨烯(RGO)的片层结构(图9(b)). 此外，扫描电镜图像也能反映填料的分散情况. 如图9(a)，RGO在PS基体中表现出明显的聚集，而从图9(c)可见，TGO和改性的Fe3O4纳米颗粒(Fe3O4-60)在PS基体中可以很好地分散. 图9(c)所显示的具有许多小空间的微观结构有利于电磁波的衰减.

Fig. 9  SEM images of (a) PS/RGO, (b) PS/Fe3O4-60 and (c) PS/TGO/Fe3O4-60 composites (Reprinted with permission from Ref.[29]; Copyright (2015) Elsevier Ltd.).

刘欢欢等通过扫描电镜对MWCNTs在PP基体中的分散进行了观察，扫描电镜图像中PP基体和MWCNTs表现出明显的衬度差异(图10(a))，是由于二者不同的形貌造成的[30]. 在较暗的PP基体中出现了大块较亮的MWCNT团聚体，说明其分散性较差. 通过引入马来酸酐接枝PP(MAPP)作为增容剂，同时引入Li-TFSI离子液体帮助MWCNTs分散后，图10(b)的扫描电镜图像呈现均一的衬度和亮度，说明此时MWCNTs在PP基体中的分散性有大幅改善.

Fig. 10  SEM imagess of impact fracture surface of PP/MWCNTs (a) and PP/MWCNTs/Li-TFSI/MAPP (b) (Reprinted with permission from Ref.[30]; Copyright (2019) Elsevier Ltd.).

(2) 高分子共混体系相容性

对现有高分子材料进行共混是获得高性能新材料的有效途径. 共混体系组分之间的相容性是共混改性的基础，其对共混体系的性能起到了决定性的作用[31]. 因此，对共混体系相容性的研究十分重要，通常要用多种方法，如DSC、FTIR、NMR、SEM等，从不同角度进行研究分析[32]. 其中，SEM可以直接反应共混物的相形貌，能粗略、直观表征共混体系的相容程度，因此相较于其他方法应用更为广泛.

近年来，李勇进和王亨缇等针对不相容共混体系做了一系列工作，通过设计合成并添加反应性增容剂，制备了众多高性能功能化的高分子共混物[5,33~39]. 在其工作中，大量运用扫描电镜对增容共混体系的相结构、微区尺寸、两相界面等进行研究，并结合透射电镜与红外等其他表征手段，系统研究了不同反应性增容剂的增容机理. 图11(a)的扫描电镜图像中，较大的分散相尺寸以及较差的界面黏附性说明了增容前的共混体系是完全热力学不相容的；加入反应性接枝共聚物作为增容剂后，分散相尺寸明显细化，并形成了双连续的相形貌，同时界面也有显著增强(如图11(b)所示). 图11(c)的透射电镜图像同样印证了增容后共混体系相容性得到改善的结论[36].

Fig. 11  (a) SEM image of polyvinylidene fluoride (PVDF)/poly(lactic acid) (PLLA)= 50/50 blend without compatibilizer; SEM (b) and TEM (c) images of PVDF/PLLA=50/50 blend with compatibilizer (Reprinted with permission from Ref.[36]; Copyright (2015) American Chemical Society).

(3) 高分子的晶态结构

晶态和非晶态结构是高分子最重要的2种聚集态，其对材料的性能有着重要的作用. 扫描电镜为研究高分子的结晶形态提供了更直观的视角[40~42]. 为了更清晰地观察晶体及其细微结构，如片晶等，通常要对样品进行选择性的刻蚀，以去除晶体中的无定形区[43~46]. Aboulfaraj等用扫描电镜对等规聚丙烯(iPP)的球晶结构进行了详细的研究[46]. 扫描样品经抛光处理，得到平整、光滑的观察面，随后浸泡在含1.3 wt%高锰酸钾、32.9 wt%浓H3PO4和65.8 wt%浓H2SO4的混合溶液中去除PP球晶中的无定型部分，经清洗、干燥、喷金后用扫描电镜进行观察. 从图12(a)~12(d)的SEM图像中可以分辨出衬度明显不同的2种PP的球晶结构，其中暗的是α-球晶而亮的是β-球晶. 之所以出现这种对比效果，与电子束照射在不同表面形貌的样品上时二次电子的产额不同有关. 首先，α-球晶的片晶沿径向和切向交互贯穿呈互锁结构，因此刻蚀后表面平整，在进行扫描电镜观察时，入射电子的径向扩散很弱；作为对比，β-球晶以弯曲的片晶和束状晶体结构为特征，因此刻蚀后表面较为粗糙，可以产生更多的二次电子供探测器接收. 通过调整样品台的旋转角度，可以根据衬度的变化清楚地分辨出PP的2种球晶. 不同旋转角度对应不同二次电子的产额，如图12(e)和12(f)所示.

Fig. 12  SEM images of PP plate observed at different tilt angles: (a) 0°, (b) 20°, (c) 40° and (d) 60°; Scheme of the reflection of light rays by the etched sections of α‍- and β‍-spherulites under conditions of direct (e) and low-angle (f) illumination. (Reprinted with permission from Ref.[46]; Copyright (1993) Elsevier Ltd.).

傅强等用扫描电镜研究了高密度聚乙烯(HDPE)/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料注塑样品从皮层到芯层的微观结构和晶体结构[44]. 扫描样品同样经过了刻蚀处理. 扫描电镜图像明显揭示了复合材料中的纳米杂化shish-kebab晶体，其中CNTs作为shish，而HDPE的片晶作为kebab (图13). 此外，由于注塑成型过程中的剪切梯度和温度梯度的影响，纳米杂化shish-kebab晶体结构沿着复合材料注塑样条厚度方向发生变化.

 Fig. 13  SEM microphotograph of the nanohybrid shish-kebab at the layer of 400 μm along the thickness direction in the HDPE/MWCNTs composite. The sample was etched before SEM observation. (Reprinted with permission from Ref.[44]; Copyright (2010) Elsevier Ltd.).

此外，扫描电镜在研究结晶-结晶[45,47~49]、结晶-非晶[50,51]聚合物共混体系中的晶体形态方面也有重要的应用. 李勇进等系统研究了聚乳酸(PLLA)/聚甲醛(POM)结晶/结晶聚合物共混体系的结晶形态及结晶动力学，通过用氯仿刻蚀掉共混物中的PLLA组分，利用扫描电镜对POM的结晶形态、PLLA的分布等进行了研究[45]. 由图14可见明显的聚甲醛环带球晶结构，说明即使在PLLA存在的情况下，POM仍会发生结晶形成连续的晶体框架. 此外，在POM的环带球晶中观察到许多周期分布的狭缝孔，说明此处原本是PLLA的聚集区.

Fig. 14  SEM images obtained from quenched (a), 141 ℃ (b) and 151 ℃ (c) isothermally crystallized POM/PLLA = 50/50 blend in which the PLLA was etched. (Reprinted with permission from Ref.[45]; Copyright (2015) American Chemical Society).

(4) 高分子多孔膜的形貌表征

膜分离技术是解决水资源、能源、环境等领域重大问题的有效手段，其核心是分离膜[52,53]. 高分子多孔膜是一类成本相对较低、应用较为广泛的分离膜，但由于其普遍疏水的特性，在实际应用中容易造成污染，导致膜孔堵塞，通量下降，分离效率降低等问题[54]. 广大专家学者发展了多种改性方法来提高高分子多孔膜的亲水性及防污性[55~59]. 扫描电镜在开发高性能多孔膜的过程中发挥了重要的作用. 徐志康等利用扫描电镜对比了改性前后PP微孔膜的表面孔形貌变化[60]；魏佳等研究了不同Gemini表面活性剂体系对多孔膜污染类型及堵塞指数的影响，并用扫描电镜对膜表面形貌和污损情况进行了观察[61]；靳健等用扫描电镜表征了聚酰胺(PA)纳滤膜(NF)表面褶皱结构的形成过程[62]. 从图15的扫描电镜图像中可以清晰地分辨纤维结构、纳米颗粒结构、孔结构及随着反应时间延长所产生的形貌变化.

Fig. 15  The preparation of polyamide (PA) nanofiltration (NF) membrane with crumpled structures: Top-view SEM images of pristine single-walled carbon nanotube (SWCNTs)/polyether sulfone (PES) composite membrane (a), polydopamine modified MOF ZIF-8 nanoparticles (PD)/ZIF-8 loaded SWCNTs/PES composite membrane (b) and morphology change of the membrane immersed into water in different time after interfacial polymerization reaction on PD/ZIF-8 nanoparticles loaded SWCNTs/PES composite membrane (c-f) (The scale bar of images is 1 μm). (Reprinted with permission from Ref.[62]; Copyright (2018) Springer Nature Limited).

(5) 高分子材料的生物相容性

聚醚砜(PES)是一类十分重要且应用十分广泛的生物医用膜材料，表现出优异的化学稳定性、机械性能及成膜性[63]. 然而，其疏水性极大地限制了其在临床领域的应用. 为了提高PES作为血液透析膜的使用性能，赵长生等展开了一系列改性研究，旨在改善PES膜的血液相容性[64~66]. 通过扫描电镜观察血小板在生物材料表面的黏附情况是评估材料血液相容性的重要手段. 由图16所示的扫描电镜图像可见，未改性的PES膜有较多的血小板黏附，说明血液相容性较差；而改性过后的PES膜血小板黏附情况有明显改善，对应了较好的血液相容性[65].

Fig. 16  SEM micrographs of the adhered platelets on surfaces of PES (a) and modified PES HMPU-2 (b) and HMPU-8 (c). (Reprinted with permission from Ref.[65]; Copyright (2014) Elsevier Ltd.).

(6) 高分子自组装行为

高分子自组装可以获得具有特定结构和功能的聚合物超分子体系. 利用扫描电镜对其组装结构进行观察是揭示其构效关系的重要手段. Byeongdu Lee等合成了一系列不同接枝密度的嵌段共聚物，并利用SEM对的自组装形貌进行了研究[67]. 如图17所示，所合成的聚乳酸-聚苯乙烯嵌段共聚物(PLA-b-PS)自组装成了长程有序的片层状结构，且从扫描电镜图像中可以明显看出，随着接枝密度的降低，其片层尺寸也有明显的减小. SEM观察到的这种标度行为为嵌段共聚物及其材料的设计提供了新的思路.

Fig. 17  SEM images of poly(D, Llactide)‍-b-polystyrene (PLA-b-PS) with (a) z=1.00, (PLA)100-b-(PS)100; (b) z=0.75, (PLA0.75-r-DME0.25)110-b-‍(PS0.75-r-DBE0.25)110; (c) z=0.50, (PLA0.5-r-DME0. 5)104-b-‍(PS0.5-r-DBE0.5)104; and (d) z=0.25, (PLA0.25-r-DME0.75)112-b-‍(PS0.25-r-DBE0.75), in which the grafting densities (z) changed by substituting PLA with endo, exonorbornenyl dimethyl ester (DME) and PS with endo, exonorbornenyl di-n-butyl ester (DBE). (Reprinted with permission from Ref.[67]; Copyright (2017) American Chemical Society).

2004年，颜德岳和周永丰等创新性地制备了一类两亲性超支化多臂共聚物，其可以在丙酮溶剂中自组装成宏观多壁螺旋管，首次实现了具有不规整分子结构的超支化聚合物的溶液自组装及分子的宏观自组装[68]. 在之后的工作中，高超和颜德岳等利用这类两亲性超支化聚合物制备了具有高度有序蜂窝状孔结构的多孔膜，并用SEM对其结构进行了详细研究[69]. 从图18(a)的扫描电镜中可以明显观察到，几乎所有孔都是规整均匀的六边形孔，孔径宽度为5~6 mm. 此外，由图18(b)和18(c)可见，每个六边形单元都像一个有六面双层墙壁的巢室. 这里应用了2个扫描电镜的观察技巧：图18(b)是将样品台倾斜了45°所观察到的形貌，而观察图18(c)时所使用的加速电压高于20 kV，此时被顶层覆盖的下层骨架也可以显示出来.

 Fig. 18  Representative SEM images of the honeycomb patterned films prepared from an amphiphilic hyperbranched poly(amidoamine) modified with palmitoyl chloride (HPAMAM10KC16) on a silicon wafer (a-c). The sample was tilted 45° in the images of (a) and (b). The accelerating voltage was 20 kV for (c). The scale bars are 20 mm (a), 2 mm (b), 5 mm (c). (Reprinted with permission from Ref.[69]; Copyright (2007) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim).

3.1.2 背散射电子成像

高能入射电子受到样品原子核的散射而大角度反射回来的电子称为背散射电子BSE，其产额为样品所激发的背散射电子数与入射电子数的比值. 当加速电压大于5 kV时, 背散射电子产额可用公式(7)表示[3]：

其中，φ为样品倾斜角，Z为原子序数.

显然，背散射电子的产额随样品倾斜角和原子序数的增加而增加，尤其原子序数越高时，其对应的背散射电子图像越亮[70]. 这种由于原子序数差异导致的图像衬度称为成分衬度. 通过在高分辨扫描电镜平台上搭配背散射电子探测器，不仅可以对高分子材料的总体相形态进行分析[71~73]，还可以显示出更细节的片晶结构[74,75]. 其优势在于，BSE成像既不需要像TEM那样的超薄样品，也不需要像二次电子检测或原子力显微镜成像的高压，仍可以显示出较高的衬度、分辨率和信息量. 张立群等用原位动态硫化的方法制备了一种可再生的热塑性硫化橡胶(TPV)作为3D打印材料，该TPV包含一种生物基弹性体PLBSI和聚乳酸PLA[72]. SEM-BSE图像清晰了反映了动态硫化过程中共混体系的相态变化，其中PLA是亮相而PLBSI是暗相(如图19所示). 此外，Bar等利用SEM-BSE观察了聚丙烯共聚物、乙丙共聚物等样品的片晶结构[75]. 不同于SE成像时通过形貌衬度观察结晶性高分子的晶体及其片晶结构，BSE成像则是通过成分衬度突出片晶形貌.

Fig. 19  SEM-BSE micrographs of poly(lactate/butanediol/sebacate/itaconate) bioelastomers/poly(lactic acid) (PLBSI/PLA) (70/30) thermoplastic vulcanizate (TPV) samples collected at A (a), B (b), C (c), D (d), E (e) and F (f) point in torque curve which varied with blending time (g) and the chemical reaction of in situ dynamical vulcanization (h). (Reprinted with permission from Ref. [72]; Copyright (2017) Elsevier Ltd. ).

3.1.3 X射线能谱分析

高能入射电子作用于样品后，部分入射电子打到核外电子上，使原子的内层(如K层)电子激发并脱离原子，而邻近外层(如L层)电子会填充电离出的电子穴位，同时产生特征X射线，如图20所示. 该X射线的能量为邻近壳层的能量差(ΔE = EK－EL = hc/λkα)[3]. 由于不同原子壳层间的能量差值不同，因此利用能量色散X射线光谱仪(EDX)对特征X射线的能量进行分析，可以研究样品的元素和组成[76~80]. 需要注意的是，EDX通常用于分析原子序数比硼(B)大，含量在0.1%以上的样品，且加速电压必须大于被测元素线系的临界激发能，加速电压对分析的深度、面积、体积等起到重要影响. 此外，EDX又包括3种分析方法：点分析、线扫描分析及面分布分析. 其中，点分析是指高能入射电子固定在某个分析点上进行定性或定量的分析，当需要对样品中含量较低的元素进行定量分析时，通常只能选用点分析方法；线扫描可以分析样品中特定元素的浓度随特征显微结构的变化关系，是电子束沿线逐点扫描的结果；面分布分析则是指高能入射电子在某一区域做光栅式扫描得到元素的分布图像，又称Mapping图. 背散射电子像可以通过图像衬度粗略反映出所含元素的原子序数差异，而特征X射线的Mapping图则可以精确反映出元素构成及其富集状态. 在Mapping图中，不同元素可以用不同颜色进行区分，元素富集程度不同则元素的颜色深度不同，因此可以获得彩色的衬度图像. 该衬度为元素衬度. 在上述的3种分析方法中，点分析灵敏度最高，面分布分析灵敏度最低，但可以直接观察到相分布、元素分布的情况及均匀性. 具体实验中，应根据样品自身特点及分析目的等选择合理的分析方法. 图21(a)、21(b)和21(c)~21(e)分别为典型的EDX点、线、面分析结果[78,79].

Fig. 20  The generation mechanism of characteristic X-ray.

Fig. 21  Point EDX scan on outer surface of the glass fiber (a) (Reprinted with permission from Ref.[78]; Copyright (2011) American Society of Civil Engineers); line EDX scan for Ca in glass fiber-reinforced polymer (GFRP) (b) (Reprinted with permission from Ref.[78]; Copyright (2011) American Society of Civil Engineers); SEM image (c) and the corresponding EDX mapping scan spectra of C (d) and F (e) element of poly(acrylic acid) grafted PVDF (G-PVDF) hollow fiber membrane. (Reprinted with permission from Ref.[79]; Copyright (2013) Elsevier Ltd.).

3.1.4 透射电子成像

当样品厚度低于100 nm时，部分高能入射电子可以穿透样品，从样品下表面逃逸，这部分信号电子称为透射电子TE，其携带了样品内部的结构信息. 扫描透射电子显微镜(STEM)是一种通过位于样品正下方的TE探测器接收TE信号的新型SEM，它同时具备了TEM信息量丰富和SEM分辨率较高的优势. 在高分子材料表征中，可以利用STEM得到样品的内部形貌、化学成分及晶体结构等信息[36, 81~85]. 如图22(a)和22(b)所示，STEM及其EDX元素分析为研究反应性增容体系的内部形貌及增容剂纳米胶束的分布提供了直观的图像[36]；图22(c)的STEM图像揭示了嵌段共聚物的微相分离结构[84]；此外，STEM还可用于观察聚合物的片晶结构，由于晶区密度高于无定形区密度，这种密度差提供了衍射衬度，故在STEM图像中晶区更明亮而无定形区较暗(图22(d))[83].

Fig. 22  STEM images of the selective dispersion of nanomicelles in P((S-co-GMA)‍-g-MMA) compatibilized PVDF/PLLA=50/50 blend (a) and its corresponding F element mapping (b), the sample was stained by RuO4. (Reprinted with permission from Ref.‍[36]; Copyright (2015) American Chemical Society); STEM image (dark field TEM mode) of polystyrene-polyisoprene block copolymer (PSt-PI-1) (c), in which the bright and dark parts are attributed to the PI moieties Wstained with OsO4 and PSt moieties, respectively (Reprinted with permission from Ref.‍[84]; Copyright (2008) The Royal Society of Chemistry); STEM image of HDPE specimen showing diffraction contrast of lamellae (d) (Reprinted with permission from Ref.‍[83]; Copyright (2009) American Chemical Society).

综上所述，本文对SE、BSE以及特征X射线成像的特点进行了总结，详见表3.

Table 3  Features of images obtained from different signal electrons.

3.2 SEM与其他仪器联用在高分子材料表征方面的应用

3.2.1 拉曼光谱(Raman)-SEM联用

Raman光谱在高分子科学中应用十分广泛，它提供了各种关于化学结构、分子构象、结晶、取向等的定量信息[86]. SEM与共聚焦Raman光谱的联用(RISE)是显微镜学一个重要的里程碑. 如图23所示，利用RISE既可以获得高分辨率的电镜图像，还能获得关于化学和结构组成的信息[87]. 此外，在SEM图像中衬度较弱的样品还能通过其光特性的差别突出显示[88]. 如图24所示，在SEM图像中不明显的PS微球，通过拉曼成像，可以清晰地分辨其位置. 此外，由于拉曼信号强度强烈依赖于颗粒数量，因此拉曼成像中颗粒的亮度也反映了颗粒数量.

  Fig. 23  (a) SEM images of the matrix (M) of recycled polyvinyl chloride (PVC) powders (RPP) and the selected nanoparticles (P1, P2, and P3) on RPP surface; (b) Raman spectra of nanoparticles on the surface of RPP recorded with the confocal Raman-in-SEM system (532 nm laser) (Reprinted with permission from Ref.[87]; Copyright (2020) American Chemical Society).

  Fig. 24  (a, d) SEM images of 500 nm PS beads, in which the red square indicated selected region for Raman imaging; (b, e) Raman images of the indicated regions showing the intensity of the 1001 cm-1 band after spectral integration over the range from 970 cm-1 to 1015 cm-1, indicated by the black crosses in (c). (f) The spatially integrated Raman intensity, shown in (b) and (e), for every single or cluster of polystyrene particles. (Reprinted with permission from Ref.[88]; Copyright (2016) John Wiley & Sons, Ltd.).

3.2.2 聚焦离子束(focused ion beam, FIB)-SEM联用

FIB是一种将离子源产生的离子束经离子枪加速并聚焦后对样品表面进行扫描的技术. 与SEM联用成为FIB-SEM双束系统后，通过结合各种附件，如纳米操纵仪、各种探测器和样品台等，FIB-SEM可用于快速制备TEM样品[89,90]和进行微纳加工[90]，此外基于其层析重构技术还能实现材料微观结构的三维重建及分析[91~94]. 图25(a)~25(a'')为利用FIB-SEM制备TEM样品的示意图及原位观察得到的样品SEM图像[89,90]. FIB-SEM联用为精确定位制样区域，高效制备TEM样品提供了新的方向. 图25(b)和25(b')展示了FIB在聚合物薄膜样品上铣削微米尺寸孔洞的SEM和TEM图像[90]. FIB-SEM在材料的精细加工领域表现出明显的优势. 图25(c)的SEM图像中，暗相对应较深的孔，亮相对应较浅的孔，而中等亮度区域对应乙基纤维素(EC)固体. 在其对应的三维重构图中(图25(c'))，较硬的多孔EC骨架结构是黑色的，而白色的区域表示孔洞结构[91]. 三维重构是理解晶粒、孔隙及分相等微结构与性能之间关系的重要手段，通常要经过SEM传统的二维成像手段结合FIB连续切片获取不同位置截面信息，再经过图像处理获得二值化数据之后方可进行三维重构. 该方法具有较高的空间分辨率，但同时也存在重构范围有限，重构效率低等不足，这也是后续扫描电镜等技术发展的重要方向.

Fig. 25  (a) Schematic of the Shadow-FIB technique for TEM sample preparation (Reprinted with permission from Ref.[89]; Copyright (2009) Microscopy Society of America); SEM images of poly(styrene-b-isoprene) (PS-b-PI) film on the silicon wafers (a') before and (a'') after shadow FIB preparation (Reprinted with permission from Ref.[90]; Copyright (2011) Elsevier Ltd.); (b) SEM image of 100 pA FIB-milled holes in the poly(styrene-b-methyl methacrylate) (PS-b-PMMA) diblock copolymer sheet and (b') the corresponding BF TEM image of PS-b-PMMA sheet milled for 9 s (Reprinted with permission from Ref.[90]; Copyright (2011) Elsevier Ltd.); (c) SEM image of the porous network of leached ethyl cellulose (EC)/hydroxypropyl cellulose (HPC) film which contained 30% HPC (HPC30) and (c') its corresponding 3D reconstructions of the porous structure of HPC30. (Reprinted with permission from Ref.[91]; Copyright (2020) Elsevier Ltd.).

3.3 原位表征技术在高分子材料表征方面的应用

通过配置专门的样品台，如制冷台、加热台、拉伸台，可以在电镜样品室内对样品进行诸如加热、制冷、拉伸、压缩或弯曲等操作，并可以用SEM实时观察样品的形貌、成分等的变化. 冷冻扫描电镜(Cryo-SEM)是一种集冷冻制样、冷冻传输与电镜观察技术于一体的新型扫描电镜，需配置制冷台. 常规的扫描电镜要求高真空环境，因此样品需干燥无挥发组分. 而一些特殊样品，如囊泡、凝胶、生物样品等，在干燥过程中会发生结构变化，通过常规扫描电镜无法观察样品的真实结构. Cryo-SEM则弥补了这一不足，适用于含水样品的观察. 图26展示了Cryo-SEM在表征高分子囊泡[95]、凝胶[96]与乳胶[97]方面的应用. 显然，Cryo-SEM最大限度地保留了样品的原始结构.

Fig. 26  (a) Cryo-SEM images of polymer vesicles armored with polystyrene latex spheres (Reprinted with permission from Ref.[95]; Copyright (2011) American Chemical Society); (b) High-pressure frozen-hydrated poly(acrylic acid) (PEG-AA) microgels (Reprinted with permission from Ref.[96]; Copyright (2021) American Chemical Society); (c) Plastically drawn particles from frozen suspensions of polystyrene latex with a diameter of 500 nm. (Reprinted with permission from Ref.[97]; Copyright (2006) American Chemical Society).

加热台常用于分析金属或合金样品的腐蚀、还原或氧化反应[98,99]，在高分子材料表征中少有应用.

此外，拉伸台在高分子材料表征中较为常用. 图27(a)为碳纤维/环氧树脂共混物薄片沿加载方向的破坏情况[100]；图27(b)展示了循环荷载的炭黑填充天然橡胶体系的裂纹尖端演变[101]. 显然，原位分析可以清晰地反映材料性能变化的第一现场.

Fig. 27  (a) In situ SEM image of: initial failure in a carbon fiber reinforced polymer (HTA/L135i (902/07/902)) laminate (Reprinted with permission from Ref.[100]; Copyright (2006) Elsevier Ltd.); (b) Evolution of a crack tip during cyclic loading after 1, 10 and 21 in situ cycles, respectively. (Reprinted with permission from Ref.‍[101]; Copyright (2010) Wiley Periodicals, Inc.).

3.4 其他扫描电镜技术在高分子材料表征方面的应用

高分子材料通常具有较高的电阻值和较差的导热性，当高能入射电子束在样品表面持续扫描时，样品极易发生荷电效应并受到热损伤，这些对扫描电镜的观察均会造成不利影响. 因此，在使用常规扫描电镜时，为了消除荷电效应，提高样品的导热性，一般要在样品表面镀上一层导电薄膜. 但是，镀膜有时会掩盖样品表面的形貌信息. 低压扫描电镜(LV-SEM)通过低能电子束照射样品，能够实现对高分子材料的极表面进行无损伤的测试观察，因此可以反映材料最真实的微观结构[102~104]. LV-SEM对样品表面形貌的灵敏度由图28可见. 图28(a)和28(b)均是聚氨酯/二氧化硅复合物的扫描电镜图像，其中，图28(a)样品经过了镀碳处理，且是在20 kV加速电压下捕捉的；图28(b)未经镀膜处理，观察所用加速电压为1 kV[15]. 显然，在较低的加速电压下，样品表面细节更清晰，而在较高电压下，由于电子束穿透深度更大，因此表面以下的二氧化硅颗粒也显现出来.

Fig. 28  SEM images of polyurethane sample filled with silica microparticles observed at different accelerating voltages: (a) 20 kV (carbon coated), (b) 1 kV (uncoated) . (Reprinted with permission from Ref.‍[15]; Copyright (2014) De Gruyter).

4 扫描电镜的发展趋势

随着高分子材料科学的发展，扫描电镜及其应用技术也在不断改进. 首先，低压成像技术的发展为观察绝缘、耐热差的高分子材料表面的微观结构提供了可能. 同时，即使不喷镀导电膜也能清晰成像，因此可以获得更真实、更细节的微观结构. 此外，用传统的扫描电镜无法观察的特殊样品也可以利用低压技术成像，如含水高分子材料或生物样品，几乎不需要对样品进行处理. 现有水平下，1 kV加速电压成像的分辨率也可以达到1~1.8 nm[3]. 如何在超低压下获得更高分辨率的扫描电镜图像是后续扫描电镜发展要解决的问题. 其次，如文中介绍，电子束与样品相互作用所产生的信号电子种类较多，每种信号电子都携带了样品大量的特征信息，通过配置不同的功能附件，可以获得高分子样品形貌、结构、化学组成等信息. 一方面，对高分子材料来说，很多信号电子所携带的信息未能被充分解析. 如背散射电子(BSE)，除了直接成像，其对应的衍射(EBSD)技术还可以揭示材料的晶体微区取向和晶体结构等信息. 然而由于高分子材料通常结晶度不能达到100%，因此很难通过EBSD进行检测. 另一方面，开发功能更强大的扫描电镜附件也是重要的发展方向. 此外，扫描电镜的原位分析技术也为高分子材料科学的发展提供了有力支撑，二者的有效结合实现了对材料宏观-微观多层次结构的分析. 最后，基于扫描电镜的二维图像进行拼接、重构三维图像几近年来也获得了极大的发展. 这种跨多维度的扫描电镜分析技术在高分子材料的表征中目前还存在很大限制. 综上，扫描电镜的发展将会为高分子材料提供更为便捷、信息量更丰富、更准确的表征手段.

致谢

感谢南京大学胡文兵教授在论文修改过程中给予的帮助和指导.

参考文献

1

Pease R F W. Adv Imag Elect Phys, 2008, 150: 53-86.  doi:10.1016/s1076-5670(07)00002-x

2

Guo Suzhi(郭素枝). Electron Microscope Technology and Its Application(电子显微镜技术及应用). Xiamen(厦门):Xiamen University Press(厦门大学出版社), 2008

3

Ren Xiaoming(任小明). Scanning Electron Microscope/Principle of Energy Spectrum and Special Analysis Technique (扫描电镜/能谱原理及特殊分析技术). Beijing(北京): Chemical Industry Press(化学工业出版社). 2020

4

Zhang Datong(张大同). Scanning Electron Microscope and X-Ray Energy Dispersive Spectrometer Analysis Technics(扫描电镜与能谱仪分析技术). Guangzhou(广州): South China University of Technology Press(华南理工大学出版社). 2008

5

Wei B, Lin Q, Zheng X, Gu X, Zhao L, Li J, Li Y. Polymer, 2019, 185: 121952.  doi:10.1016/j.polymer.2019.121952

6

Park J, Eom K, Kwon O, Woo S. Microsc Microanal, 2001, 7(3): 276-286.  doi:10.1007/s100050010074

7

Zheng X, Lin Q, Jiang P, Li Y, Li J. Polymers, 2018, 10(5): 562.  doi:10.3390/polym10050562

8

Sumita A, Sakata K, Hayakawa Y, Asai S, Miyasaka K, Tanemura M. Colloid Polym Sci, 1992, 270(2): 134-139.  doi:10.1007/bf00652179

9

Saini P, Choudhary V, Dhawan S K. Polym Adv Technol, 2012, 23(3): 343-349.  doi:10.1002/pat.1873

10

Li W, Buschhorn S T, Schulte K, Bauhofer W. Carbon, 2011, 49(6): 1955-1964.  doi:10.1016/j.carbon.2010.12.069

11

Egerton R F, Li P, Malac M. Micron, 2004, 35(6): 399-409.  doi:10.1016/j.micron.2004.02.003

12

Hein L R O, Campos K A, Caltabiano P C R O, Kostov K G. Scanning, 2013, 35(3): 196-204.  doi:10.1002/sca.21048

13

Ravi M, Kumar K K, Mohan V M, Rao V N. Polym Test, 2014, 33: 152-160.  doi:10.1016/j.polymertesting.2013.12.002

14

Joy D C. J Microsc, 1987, 147(1): 51-64.  doi:10.1111/j.1365-2818.1987.tb02817.x

15

Šlouf M, Vacková T, Lednický F, Wandrol P. Polymer surface morphology: characterization by electron microscopies. In: Polymer Surface Characterization. Berlin: Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2014. 169-206.  doi:10.1515/9783110288117.169

16

Seiler H. J Appl Phys, 1983, 54(11): R1-R18.  doi:10.1063/1.332840

17

Joy D C. J Microsc, 1984, 136(2): 241-258.  doi:10.1111/j.1365-2818.1984.tb00532.x

18

Sathishkumar T P, Satheeshkumar S, Naveen J. J Reinf Plast Compos, 2014, 33(13): 1258-1275.  doi:10.1177/0731684414530790

19

Karataş M A, Gökkaya H. Def Technol, 2018, 14(4): 318-326

20

Forintos N, Czigany T. Compos B Eng, 2019, 162: 331-343.  doi:10.1016/j.compositesb.2018.10.098

21

Wang Wenjun(王文俊), Wang Weiwei(王维玮), Hong Xuhong(洪旭辉). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2015, (9): 1036-1043.  doi:10.11777/j.issn1000-3304.2015.15007

22

Favier V, Chanzy H, Cavaillé J Y. Macromolecules, 1995, 28(18): 6365-6367.  doi:10.1021/ma00122a053

23

Converse G L, Yue W, Roeder R K. Biomaterials, 2007, 28(6): 927-935.  doi:10.1016/j.biomaterials.2006.10.031

24

Ramesh P, Prasad B D, Narayana K L. Silicon, 2020, 12(7): 1751-1760.  doi:10.1007/s12633-019-00275-6

25

Yang Jintao(杨晋涛), Fan Hong(范宏), Bu Zhiyang(卜志扬), Li Bogeng(李伯耿). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2007, (1): 70-74.  doi:10.3321/j.issn:1000-3304.2007.01.013

26

Li Shaofan(‍李‍少‍范), Wen Xiangning(‍温‍向‍宁), Ju Weilong(‍鞠‍维‍龙), Su Yunlan(‍苏‍允‍兰), Wang Dujin(‍王‍笃‍金). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2021, 52(2): 146-157.  doi:10.11777/j.issn1000-3304.2020.20189

27

Huang Dengjia(黄‍登‍甲), Song Yihu(宋‍义‍虎), Zheng Qiang(郑‍强). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2015, (5): 542-549.  doi:10.11777/j.issn1000-3304.2015.14365

28

Fu Zhiang(傅志昂), Wang Hengti(王亨缇), Dong Wenyong(董文勇), Li Yongjin(李勇进). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2017, (2): 334-341.  doi:10.11777/j.issn1000-3304.2017.16288

29

Chen Y, Wang Y, Zhang H, B, Li X, Gui C, X, Yu Z, Z. Carbon, 2015, 82: 67-76.  doi:10.1016/j.carbon.2014.10.031

30

Liu H, Gu S, Cao H, Li X, Jiang X, Li Y. Compos B Eng, 2019, 176: 107268.  doi:10.1016/j.compositesb.2019.107268

31

Seyni F I, Grady B P. Colloid Polym Sci, 2021, 299(4): 585-593.  doi:10.1007/s00396-021-04820-x

32

Krause S. Polymer-polymer compatibility. In: Polymer Blends. New York: Academic Press, 1978. 15-113.  doi:10.1016/b978-0-12-546801-5.50008-6

33

Wang H, Yang X, Fu Z, Zhao X, Li Y. Li J. Macromolecules, 2017, 50(23): 9494-9506.  doi:10.1021/acs.macromol.7b02143

34

Fu Z, Wang H, Zhao X, Li X, Gu X, Li Y. J Mater Chem A, 2019, 7(9): 4903-4912.  doi:10.1039/c8ta12233d

35

Wang H, Fu Z, Zhao X, Li Y, Li J. ACS Appl Mater Interfaces, 2017, 9(16): 14358-14370.  doi:10.1021/acsami.7b01728

36

Wang H, Dong W, Li Y. ACS Macro Lett, 2015, 4(12): 1398-1403.  doi:10.1021/acsmacrolett.5b00763

37

Fu Z, Wang H, Zhao X, Horiuchi S, Li Y. Polymer, 2017, 132: 353-361.  doi:10.1016/j.polymer.2017.11.004

38

Dong W, He M, Wang H, Ren F, Zhang J, Zhao X, Li Y. ACS Sustain Chem Eng, 2015, 3(10): 2542-2550.  doi:10.1021/acssuschemeng.5b00740

39

Wei B, Chen D, Wang H, You J, Wang L, Li Y, Zhang M. Polymer, 2019, 160: 162-169.  doi:10.1016/j.polymer.2018.11.042

40

Gan Z, Kuwabara K, Abe H, Iwata T, Doi Y. Polym Degrad Stabil, 2005, 87(1): 191-199.  doi:10.1016/j.polymdegradstab.2004.08.007

41

Chen X, Dong B, Wang B, Shah R, Li C Y. Macromolecules, 2010, 43(23): 9918-9927.  doi:10.1021/ma101900n

42

Shah D, Maiti P, Gunn E, Schmidt D F, Jiang D D, Batt C A, Giannelis E P. Adv Mater, 2004, 16(14): 1173-1177.  doi:10.1002/adma.200306355

43

Aboulfaraj M, G'sell C, Ulrich B, Dahoun A. Polymer, 1995, 36(4): 731-742.  doi:10.1016/0032-3861(95)93102-r

44

Yang J, Wang K, Deng H, Chen F, Fu Q. Polymer, 2010, 51(3): 774-782.  doi:10.1016/j.polymer.2009.11.059

45

Ye L, Shi X, Ye C, Chen Z, Zeng M, You J, Li Y. ACS Appl Mater Interfaces, 2015, 7(12): 6946-6954.  doi:10.1021/acsami.5b00848

46

Aboulfaraj M, Ulrich B, Dahoun A, G'sell C. Polymer, 1993, 34(23): 4817-4825.  doi:10.1016/0032-3861(93)90003-s

47

Ye L, Qiu J, Wu T, Shi X, Li Y. RSC Adv, 2014, 4(82): 43351-43356.  doi:10.1039/c4ra06943a

48

Ye C, Cao X, Wang H, Wang J, Wang T, Wang Z, Li Y, You J. J Polym Sci, 2020, 58(12): 1699-1706.  doi:10.1002/pol.20190232

49

Ye C, Zhao J, Ye L, Jiang Z, You J, Li Y. Polymer, 2018, 142: 48-51.  doi:10.1016/j.polymer.2018.02.004

50

Wang J, Ding M, Cheng X, Ye C, Li F, Li Y, You J. J Membr Sci, 2020, 604: 118040.  doi:10.1016/j.memsci.2020.118040

51

Wang J, Chen B, Cheng X, Li Y, Ding M, You J. J Membr Sci, 2021: 120065.  doi:10.1016/j.memsci.2021.120065

52

Jhaveri J H, Murthy Z V P. Desalination, 2016, 379: 137-154.  doi:10.1016/j.desal.2015.11.009

53

Yan X, Anguille S, Bendahan M, Moulin P. Sep Purif Technol, 2019, 222: 230-253.  doi:10.1016/j.seppur.2019.03.103

54

Rynkowska E, Fatyeyeva K, Kujawski W. Rev Chem Eng, 2018, 34(3): 341-363.  doi:10.1515/revce-2016-0054

55

Li J H, Shao X S, Zhou Q, Li M Z, Zhang Q Q. Appl Surf Sci, 2013, 265: 663-670.  doi:10.1016/j.apsusc.2012.11.072

56

Zhang X, Liang Y, Ni C, Li Y. Mater Sci Eng C, 2021, 118: 111411.  doi:10.1016/j.msec.2020.111411

57

Xing C, Guan J, Li Y, Li J. ACS Appl Mater Interfaces, 2014, 6(6): 4447-4457.  doi:10.1021/am500061v

58

Zheng X, Chen F, Zhang X, Zhang H, Li Y, Li J. Appl Surf Sci, 2019, 481: 1435-1441.  doi:10.1016/j.apsusc.2019.03.111

59

Hu M X, Yang Q, Xu Z K. J Membr Sci, 2006, 285(1-2): 196-205.  doi:10.1016/j.memsci.2006.08.023

60

Yang Y F, Li Y, Li Q L, Wan L S, Xu Z K. J Membr Sci, 2010, 362(1-2): 255-264.  doi:10.1016/j.memsci.2010.06.048

61

Zhang W, Liang W, Huang G, Wei J, Ding L, Jaffrin M Y. RSC Adv, 2015, 5(60): 48484-48491.  doi:10.1039/c5ra06063j

62

Wang Z, Wang Z, Lin S, Jin H, Gao S, Zhu Y, Jin J. Nat Commun, 2018, 9(1): 1-9.  doi:10.1038/s41467-018-04467-3

63

Hariharan P, Sundarrajan S, Arthanareeswaran G, Seshan S, Das D B, Ismail A F. Environ Res, 2021: 112045.  doi:10.1016/j.envres.2021.112045

64

Nie S, Xue J, Lu Y, Liu Y, Wang D, Sun S, Ran F Zhao C. Colloid Surface B, 2012, 100: 116-125.  doi:10.1016/j.colsurfb.2012.05.004

65

Ma L, Su B, Cheng C, Yin Z, Qin H, Zhao J, Sun S Zhao C. J Membr Sci, 2014, 470: 90-101.  doi:10.1016/j.memsci.2014.07.030

66

Fang B, Ling Q, Zhao W, Ma Y, Bai P, Wei Q, Zhao C. J Membr Sci, 2009, 329(1-2): 46-55.  doi:10.1016/j.memsci.2008.12.008

67

Lin T P, Chang A B, Luo S X, Chen H Y, Lee B, Grubbs R H. ACS Nano, 2017, 11(11): 11632-11641.  doi:10.1021/acsnano.7b06664

68

Yan D, Zhou Y, Hou J. Science, 2004, 303(5654): 65-67.  doi:10.1126/science.1090763

69

Liu C, Gao C, Yan D. Angew Chem, 2007, 119(22): 4206-4209.  doi:10.1002/ange.200604429

70

Robinson V N E. Scanning, 1980, 3(1): 15-26.  doi:10.1002/sca.4950030103

71

Murariu M, Ferreira A D S, Degée P, Alexandre M, Dubois P. Polymer, 2007, 48(9): 2613-2618.  doi:10.1016/j.polymer.2007.02.067

72

Hu X, Kang H, Li Y, Geng Y, Wang R, Zhang L. Polymer, 2017, 108: 11-20.  doi:10.1016/j.polymer.2016.11.045

73

Goizueta G, Chiba T, Inoue T. Polymer, 1993, 34(2): 253-256.  doi:10.1016/0032-3861(93)90074-k

74

Blackson J, Garcia-Meitin E, Darus M. Microsc Microanal, 2007, 13(S02): 1062-1063.  doi:10.1017/s1431927607076040

75

Bar G, Tocha E, Garcia-Meitin E, Todd C, Blackson J. Macromol Sym, 2009, 282(1): 128-135.  doi:10.1002/masy.200950813

76

Bora J, Deka P, Bhuyan P, Sarma K P, Hoque R R. SN Appl Sci, 2021, 3(1): 1-15.  doi:10.1007/s42452-020-04117-8

77

Korolkov I V, Gorin Y G, Yeszhanov A B, Kozlovskiy A L, Zdorovets M V. Mater Chem Phys, 2018, 205: 55-63.  doi:10.1016/j.matchemphys.2017.11.006

78

Kamal A S M, Boulfiza M. J Compos Constr, 2011, 15(4): 473-481.  doi:10.1061/(asce)cc.1943-5614.0000168

79

Zhang F, Zhang W, Yu Y, Deng B, Li J, Jin J. J Membr Sci, 2013, 432: 25-32.  doi:10.1016/j.memsci.2012.12.041

80

Abd Mutalib M, Rahman M A, Othman M H D, Ismail A F, Jaafar J. Scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy. In: Membrane characterization. Amsterdam: Elsevier Ltd, 2017. 161-179.  doi:10.1016/b978-0-444-63776-5.00009-7

81

Guise O, Strom C, Preschilla N. Polymer, 2011, 52(5): 1278-1285.  doi:10.1016/j.polymer.2011.01.030

82

Fortelný I, Šlouf M, Sikora A, Hlavatá D, Hašová V, Mikešová J, Jacob C. J Appl Polym Sci, 2006, 100(4): 2803-2816.  doi:10.1002/app.23731

83

Loos J, Sourty E, Lu K, de With G, Bavel S. Macromolecules, 2009, 42(7): 2581-2586.  doi:10.1021/ma8026589

84

Higuchi T, Tajima A, Yabu H, Shimomura M. Soft Matter, 2008, 4(6): 1302-1305.  doi:10.1039/b800904j

85

Inamoto S, Yoshida A, Otsuka Y. Microsc Microanal, 2019, 25(S2): 1826-1827.  doi:10.1017/s1431927619009863

86

Butler H J, Ashton L, Bird B, Cinque G, Curtis K, Dorney J, Martin F L. Nat Protoc, 2016, 11(4): 664-687.  doi:10.1038/nprot.2016.036

87

Zhang W, Dong Z, Zhu L, Hou Y, Qiu Y. ACS Nano, 2020, 14(7): 7920-7926.  doi:10.1021/acsnano.0c02878

88

Timmermans F J, Liszka B, Lenferink A T, van Wolferen H A, Otto C. J Raman Spectrosc, 2016, 47(8): 956-962.  doi:10.1002/jrs.4931

89

Kim S, Liu G, Minor A M. Microsc Today, 2009, 17(6): 20-23.  doi:10.1017/s1551929509991003

90

Timmermans F J, Liszka B, Lenferink A T, van Wolferen H A, Otto C. Ultramicroscopy, 2011, 111(3): 191-199.  doi:10.1016/j.ultramic.2010.11.027

91

Fager C, Barman S, Röding M, Olsson A, Lorén N, von Corswant C, Bolin D Rootzén H, Olsson E. Int J Pharmaceut, 2020, 587: 119622.  doi:10.1016/j.ijpharm.2020.119622

92

Čalkovský M, Müller E, Meffert M, Firman N, Mayer F, Wegener M, Gerthsen D. Mater Charact, 2021, 171: 110806.  doi:10.1016/j.matchar.2020.110806

93

Neusser G, Eppler S, Bowen J, Allender C J, Walther P, Mizaikoff B, Kranz C. Nanoscale, 2017, 9(38): 14327-14334.  doi:10.1039/c7nr05725c

94

Ghosh S, Ohashi H, Tabata H, Hashimasa Y, Yamaguchi T. Int J Hydrog Energy, 2015, 40(45): 15663-15671.  doi:10.1016/j.ijhydene.2015.09.080

95

Chen R, Pearce D J, Fortuna S, Cheung D L, Bon S A. J Am Chem Soc, 2011, 133(7): 2151-2153.  doi:10.1021/ja110359f

96

Liang J, Xiao X, Chou T M, Libera M. Acc Chem Res, 2021, 54(10): 2386-2396.  doi:10.1021/acs.accounts.1c00109

97

Ge H, Zhao C L, Porzio S, Zhuo L, Davis H T, Scriven L E. Macromolecules, 2006, 39(16): 5531-5539.  doi:10.1021/ma060058j

98

Motomura S, Soejima Y, Miyoshi T, Hara T, Omori T, Kainuma R, Nishida M. J Electron Microsc, 2015, 65(2): 159-168.  doi:10.1093/jmicro/dfv363

99

Heard R, Huber J E, Siviour C, Edwards G, Williamson-Brown E, Dragnevski K. Rev Sci Instrum, 2020, 91(6): 063702.  doi:10.1063/1.5144981

100

Hobbiebrunken T, Hojo M, Adachi T, De Jong C, Fiedler B. Compos Part A, Appl Sci Manuf, 2006, 37(12): 2248-2256.  doi:10.1016/j.compositesa.2005.12.021

101

Beurrot S, Huneau B, Verron E. J Appl Polym Sci, 2010, 117(3): 1260-1269.  doi:10.1002/app.31707

102

Joy D C, Joy C S. Micron, 1996, 27(3-4): 247-263.  doi:10.1016/0968-4328(96)00023-6

103

Mohaiyiddin M S, Ong H L, Othman M B H, Julkapli N M, Villagracia A R C, Md. Akil H. Polym Compos, 2018, 39: E561-E572.  doi:10.1002/pc.24712

104

Primo G A, Manzano M F G, Romero M R, Igarzabal C I A. Mater Chem Phys, 2015, 153: 365-375.  doi:10.1016/j.matchemphys.2015.01.027

原文链接：

http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2021.21377&lang=zh

DOI：10.11777/j.issn1000-3304.2021.21377   

《高分子学报》高分子表征技术专题链接：

http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304