在进行扫描电子显微镜 (SEM) 成像之前，为什么要对物体进行镀金处理？为了防止电荷积累并获得清晰的 SEM 图像

简而言之，在进行 SEM 成像之前对物体进行镀金处理是为了使其具有导电性。这层薄薄的金膜可以防止电子电荷在样品表面产生破坏性的积聚（否则会严重扭曲或完全毁坏图像），同时它还能显著增强信号质量，从而获得更清晰的图像。

核心问题在于，扫描电子显微镜 (SEM) 使用电子束，而塑料或生物组织等非导电材料无法将电子束产生的电荷耗散掉。镀金可以形成一个导电的“外壳”，使样品接地，从而解决了这种根本性的不兼容性，并实现了清晰成像。

基本挑战：电子与绝缘体

要理解金的作用，首先必须了解它所解决的核心问题。SEM 的工作原理与标准光学显微镜不同；它使用聚焦的电子束来“观察”。

“电荷积累”问题

SEM 成像的工作原理是将电子束扫描到样品上。当这些电子击中表面时，它们需要一条路径流向电气接地端。

在金属等导电材料上，这种情况会自动发生。而在聚合物、陶瓷或生物细胞等非导电（绝缘）材料上，电子无处可去。它们积聚在表面，这种现象被称为电荷积累 (charging)。

电荷积累的后果

这种被困住的电荷对成像来说是灾难性的。它会产生一个强大的负场，排斥和偏转入射的电子束。

这种偏转会导致严重的图像伪影，包括明亮、泛白的斑块、扭曲的形状以及精细细节的完全丢失。在极端情况下，样品只会显示为一个明亮的闪光，使成像变得不可能。

镀金如何解决问题

在非导电样品上应用一层微薄的金层是标准的解决方案。这个过程，通常通过溅射镀膜 (sputter coating) 完成，从三个不同的方面解决了核心问题。

1. 创建导电通路

金层的最关键功能是提供电荷耗散的路径。这层金“外壳”连接到金属样品台（“样品座”），而样品座是接地的。

这使得来自显微镜电子束的电子能够无害地从样品表面流走，从而完全防止了本应发生的电荷积累伪影。

2. 增强成像信号

您从 SEM 中看到的图像主要由二次电子 (secondary electrons) 构成——这些是由初级电子束从样品表面撞击脱落的低能电子。

金等重金属是产生二次电子的极佳材料。通过镀膜，您实际上是创建了一个能为 SEM 探测器产生更强、更清晰信号的表面，从而极大地提高了最终图像的信噪比。

3. 保护样品

电子束的强烈能量可能会损坏精致的样品，尤其是生物组织或塑料。这被称为束损伤 (beam damage)。

导电的金层有助于在表面耗散热量和电能，减少局部损伤，并有助于在成像过程中保持样品的原始结构。

理解权衡

虽然金是一种出色的通用涂层，但它并非适用于所有情况的完美解决方案。了解其局限性是进行良好显微镜检查的关键。

金不适用于超高倍率

金的晶粒尺寸相对较大。在低到中等放大倍率下（通常低于约 50,000 倍），这种纹理太小而无法被看到，也不会干扰图像。

然而，在非常高的放大倍率下，金涂层本身的颗粒结构可能会变得可见，从而遮挡样品最精细的细节。对于这些应用，人们更倾向于使用晶粒更细（但更昂贵）的金属，如铂或铱。

涂层会掩盖表面化学信息

SEM 可以配备探测器（如 EDS）来确定样品的元素组成。由于电子束与金涂层发生相互作用，任何此类分析都只会检测到金，而不是底层材料。

如果您的目标是分析非导电样品的真实表面化学性质，则必须避免镀膜，而是使用特殊的低真空或环境 SEM (ESEM)。

根据目标做出正确选择

是否使用金镀膜（或任何镀膜）的决定完全取决于您的成像目标。

• 如果您的主要重点是对非导电样品进行一般形貌成像： 金溅射镀膜是行业标准，在性能、成本和易用性之间提供了出色的平衡。
• 如果您的主要重点是超高分辨率成像（远高于 50,000 倍）： 您应该使用晶粒更细的涂层，如铂/钯或铱，以确保涂层的纹理不会限制您的分辨率。
• 如果您的主要重点是确定表面的元素组成： 请勿使用导电涂层。您必须在低真空或可变压力 SEM 中使用未镀膜的样品。

归根结底，金镀膜是一种强大的制备技术，它使我们能够利用电子束的威力来观察复杂、非导电的世界。

总结表：

金镀膜的目的	关键优势
防止电荷积累	耗散电子束电荷，消除图像失真。
增强信号	改善二次电子发射，使图像更清晰。
保护样品	减少对生物组织等精致样品的束损伤。
局限性：高倍率	涂层晶粒在约 50,000 倍放大倍率以上可能可见。
局限性：表面分析	会掩盖 EDS 分析的真实表面化学信息。

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