从根本上说，SEM 镀金是一种制备技术，它使电绝缘样品在扫描电子显微镜 (SEM) 下变得可见且稳定。这个过程，称为溅射镀膜，在样品上涂覆一层超薄的金，防止产生扭曲图像的电荷积聚，并增强用于创建最终图像的信号。
SEM 的根本挑战在于，用于成像的电子束会在非导电材料上积聚，产生静电荷，从而破坏图像。微薄的金涂层为这种电荷提供了导电路径以消散，有效地使样品接地，并实现了清晰、稳定的分析。
问题：电子束和非导电样品
要理解镀金的必要性，您必须首先理解 SEM 与非导电样品之间的核心相互作用。
什么是“样品荷电”？
SEM 通过扫描聚焦的高能电子束穿过样品表面来工作。
当这些电子撞击材料时，它们必须有一条接地路径。在像金属这样的导电材料上，这会自动发生。
在非导电或导电性差的样品（如聚合物、陶瓷或生物组织）上，电子会在表面积聚，产生负静电荷。这种现象称为样品荷电。
荷电的后果
样品荷电对成像来说是灾难性的。它会产生严重的视觉伪影，使得样品无法准确分析。
这些伪影包括极亮或极暗的斑块、图像移动和漂移，以及表面细节的完全丢失。
金溅射镀膜如何解决问题
溅射镀膜是解决样品荷电的标准方法。它涉及在样品上涂覆一层通常厚度为 2-20 纳米的金属薄膜。
创建导电路径
金层的主要功能是使样品表面导电。
这种薄而连续的薄膜将样品的整个表面连接到其所安装的铝桩上，该铝桩接地到 SEM 载物台。这为入射电子提供了离开的路径，防止任何电荷积聚。
增强成像信号
一个次要但至关重要的好处是成像信号的增强。SEM 图像最常通过检测从样品表面发射的二次电子 (SE) 形成。
金是二次电子的非常有效的发射体。镀膜显著增加了产生的二次电子数量，从而改善了信噪比，并产生更清晰、更锐利、更详细的图像。
为什么金是常见的选择
虽然也可以使用铂或铱等其他金属，但金因多种原因成为流行的默认选择。
它具有高导电性，并且在溅射镀膜机中相对容易且高效地应用。其晶粒尺寸足够小，对于大多数低倍和中倍放大应用来说不会造成干扰，使其成为可靠且经济高效的选择。
理解权衡和局限性
虽然必不可少，但镀金并非完美的解决方案，并且伴随着每个分析师都必须考虑的关键权衡。
原始表面被遮蔽
最显著的缺点是您不再对样品的真实表面进行成像或分析。您正在对符合其形状的金层进行成像。
这使得像能量色散 X 射线光谱 (EDS) 这样的技术（用于确定元素组成）无法在原始材料上进行。分析只会检测到金。
它可能限制超高分辨率
对于大多数台式或通用 SEM，分辨率不足以“看到”金镀层的晶粒结构。
然而，在工作于非常高放大倍率的高性能 SEM 中，金晶粒本身可能会变得可见，从而遮蔽了底层样品最精细的纳米级特征。
为您的分析做出正确选择
选择正确的表面制备对于获得有意义的数据至关重要。您的分析目标应决定您的方法。
- 如果您的主要关注点是低到中倍放大倍率下的总体形态：金是一种出色的、经济高效且标准的解决方案，用于防止荷电并获得清晰图像。
- 如果您的主要关注点是元素表面分析 (EDS)：您必须避免使用金属镀层。需要使用导电碳镀层或在低真空下对样品进行未镀层分析。
- 如果您的主要关注点是超高分辨率成像：您应该考虑使用更细晶粒（且更昂贵）的金属，如铂或铱，以最大程度地减少镀层伪影。
最终，适当的样品制备是高质量电子显微镜的基础。
总结表：
| 目的 | 主要优点 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 防止荷电 | 消散电子束电荷 | 非导电样品（聚合物、陶瓷、生物组织） |
| 增强信号 | 改善二次电子发射，获得更清晰图像 | 低到中倍放大倍率形态学研究 |
| 样品稳定性 | 提供导电接地路径 | 通用 SEM 分析 |
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