掃描電鏡（SEM）是一種利用電子束掃描樣品表面并通過探測二次電子來形成高分辨率圖像的顯微技術。

一、掃描電鏡的基本原理

掃描電鏡通過電子束掃描樣品表面，并利用探測到的二次電子來形成圖像。掃描電鏡可以提供樣品的三維表面形態、微觀結構以及元素組成等信息，分辨率通常可以達到納米級別。與傳統光學顯微鏡不同，掃描電鏡利用的是電子而非光，能夠觀察到比光學顯微鏡更細致的微觀結構。

在掃描電鏡中，電子束以掃描的方式聚焦到樣品表面，二次電子從樣品表面逸出并被收集。通過分析這些二次電子的數量和強度，掃描電鏡可以重建出樣品的三維形貌。不同的材料對電子的反射、透射和散射特性不同，這也使得掃描電鏡能夠提供材料的成分和結構信息。

二、掃描電鏡樣品制備

掃描電鏡的樣品制備過程與光學顯微鏡不同，由于掃描電鏡使用電子束照射樣品，樣品必須能夠在真空環境中接受電子束照射，同時保持足夠的穩定性。因此，樣品制備對于獲得高質量的掃描電鏡圖像至關重要。常見的樣品準備步驟包括：

樣品清潔：去除樣品表面的雜質或污染物。

金屬噴涂：為了增加樣品的導電性，通常需要對非導電材料進行金屬噴涂，例如噴上金、鉑等金屬層。

樣品固定：對于生物樣品，通常需要使用化學試劑對樣品進行固定，以保持其原始形態。

然而，關于是否需要制備超薄切片，答案取決于樣品的類型以及所需的觀察目的。

三、掃描電鏡不一定需要超薄切片

掃描電鏡的優點之一是可以直接觀察樣品的表面形貌，因此對于一些表面形貌的研究，不一定需要制備超薄切片。特別是對于一些固體材料、金屬、礦物、薄膜等樣品，掃描電鏡能夠直接掃描整個樣品的表面，獲得豐富的形態信息。

以下是幾種不需要超薄切片的情況：

表面形貌觀察：如果實驗的主要目的是觀察樣品表面的微觀結構，如金屬表面、陶瓷表面、納米材料表面等，那么掃描電鏡只需直接掃描樣品表面即可，無需切片。尤其是對于大尺寸樣品或整體結構的觀察，掃描電鏡能夠提供清晰的表面圖像。

表面元素分析：使用掃描電鏡配合能譜分析（EDS），可以對樣品表面進行元素分析，確定不同區域的元素組成。這種分析依賴于樣品表面的形態和化學成分，通常無需超薄切片。

高分辨率圖像：掃描電鏡的分辨率能夠達到納米級，適用于觀察樣品表面的細節信息。如果樣品本身具有足夠的表面質量，直接進行觀察即可。

四、超薄切片的必要性

雖然在許多情況下掃描電鏡可以直接觀察表面，但在某些情況下，樣品必須制備成超薄切片，特別是當需要觀察樣品的內部結構時。超薄切片對于生物樣品、復合材料、某些金屬或薄膜等的觀察尤為重要。

內部結構觀察：掃描電鏡通過掃描表面電子來形成圖像，但如果需要觀察樣品的內部結構，尤其是細胞內部、組織結構、材料的內部成分分布等，制備超薄切片是必不可少的。只有通過切片處理，電子束才能穿透樣品，從而獲得樣品內部的詳細結構信息。例如，在觀察生物組織、細胞結構等時，超薄切片可以讓電子束穿透樣品，并提供細節豐富的內部圖像。

提高成像質量：有些樣品在表面形態上可能具有復雜的結構或多層次的堆疊，直接觀察表面可能會干擾分析的準確性。通過制備超薄切片，可以減少樣品表面復雜結構帶來的影響，從而提高成像的質量，獲得更清晰、更精準的圖像。

適應不同材料的要求：對于一些厚度較大的材料（如復合材料、薄膜等），如果需要觀察其微結構或顆粒分布等，制備超薄切片可以確保樣品的電子透過率和表面均勻性，避免由于厚度過大而無法獲得有效的圖像。

生物樣品的特殊需求：對于一些生物樣品（如細胞、組織切片等），樣品需要通過超薄切片才能在掃描電鏡下更好地顯示。生物樣品的尺寸通常較大，直接觀察表面不可能展現其復雜的內部結構。因此，切片后可以更清晰地觀察到細胞膜、細胞器以及其它亞微米級的細胞結構。

五、總結

總的來說，掃描電鏡并不總是需要制備超薄切片，特別是在對樣品表面進行觀察和分析時。然而，當研究的重點是樣品內部結構、材料的多層次分布或者細胞組織結構時，超薄切片則是必需的。通過制備超薄切片，掃描電鏡能夠獲得更多細節和信息，幫助研究人員對樣品進行深入分析。