環(huán)境掃描電子顯微鏡，是指掃描電子顯微鏡的一個重要分支。具有以下特點：放大倍數(shù)可調(diào)范圍寬、圖像分辨率高和景深大等，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、冶金、材料、半導(dǎo)體制造等各個研究領(lǐng)域。

環(huán)境掃描電子顯微鏡(ESEM)采用多級真空系統(tǒng)、氣體二次電子信號探測器等獨特設(shè)計。觀察不導(dǎo)電樣品不需要鍍導(dǎo)電膜，可以在控制溫度、壓力、相對濕度和低真空度的條件下進行觀察分析含水的、含油的、已污染的、不導(dǎo)電的樣品，減少了樣品的干燥損傷和真空損傷。

環(huán)境掃描電子顯微鏡有三種工作方式：①高真空方式(常規(guī)方式);②低真空方式0.1~1Torr;③環(huán)境方式:0.1~20Torr。

在高真空的常規(guī)掃描電鏡中，用標(biāo)準(zhǔn)的Everhart Thornley探測器來接受被高能入射電子激發(fā)的樣品的信號電流(二次電子和部分背散射電子)，經(jīng)放大后形成圖像。

在低真空及環(huán)掃模式下，由電子槍發(fā)射的高能入射電子束穿過壓差光闌進入樣品室，射向被測定的樣品，從樣品表面激發(fā)出信號電子:二次電子-SE和背散射電子-BSE。由于樣品室內(nèi)有氣體存在，入射電子和信號電子與氣體分子碰撞，使之電離產(chǎn)生電子和離子。如果我們在樣品和電極板之間加一個穩(wěn)定電場，電離所產(chǎn)生的電子和離子會被分別引往與各自極性相反的電極方向，非導(dǎo)體表面積累的負(fù)電荷會與電離出來的正電荷中和而消除荷電。

其中電子在途中被電場加速到足夠高的能量時，會電離更多的氣體分子，從而產(chǎn)生更多的電子，如此反復(fù)倍增。環(huán)境掃描電子顯微鏡探測器正是利用此原理來增強信號的，這又稱氣體放大原理。LFD(低真空度模式下使用的探測器)和GSED(環(huán)掃模式下使用的探測器)探頭接收這些信號并將其直接傳到電子放大器放大成電信號去調(diào)制顯象管或其它成像系統(tǒng)。

環(huán)境掃描電子顯微鏡在普通掃描電鏡的基礎(chǔ)上環(huán)掃實現(xiàn)較高的低真空，其核心技術(shù)就是采用兩級壓差光柵和氣體二次電子探測器，還有一些其它相關(guān)技術(shù)也相繼得到完善。

環(huán)境掃描電子顯微鏡是使用1個分子泵和2個機械泵，2個壓差(壓力限制)光柵將主體分成3個抽氣區(qū)，鏡筒處于高真空，樣品周圍為環(huán)境狀態(tài)，樣品室、光路和電子槍室的真空度P0、P1和P2分別相差一至兩個數(shù)量級，允許樣品室內(nèi)有氣體流動，最高達(dá)50Torr，一般1Torr-20Torr，樣品室的溫度、氣壓和相對濕度可以調(diào)節(jié)，樣品室和鏡筒之間存在一個緩沖過渡狀態(tài)。附加一個環(huán)境預(yù)處理室，把樣品進行完全或部分處理后，通過門閥再轉(zhuǎn)置到顯微鏡的觀察室中。

在觀察過程中，還可以通過特殊的操作器系統(tǒng)，對樣品進一步處理，并配有一個氣氛檢測裝置，對環(huán)境氣氛的壓力大小進行測量和控制使用時，高真空、低真空和環(huán)境3個模式可根據(jù)情況任意選擇，并且在3種情況下都配有二次電子探測器，都能達(dá)到3.5nm的二次電子圖像分辨率。

1、在礦物學(xué)的領(lǐng)域的應(yīng)用

不同礦物在環(huán)境掃描電子顯微鏡中會呈現(xiàn)出其特征的形貌，這是在掃描電鏡中鑒定礦物的重要依據(jù)。如高嶺石在環(huán)境掃描電子顯微鏡中常呈假六方片狀、假六方板狀、假六方似板狀;埃洛石常呈管狀、長管狀、圓球狀;蒙脫石為卷曲的薄片狀;綠泥石單晶呈六角板狀，集合體呈葉片狀堆積或定向排列等。

2、在巖礦學(xué)中的應(yīng)用

巖石經(jīng)過多次強烈的區(qū)域變質(zhì)作用后，其原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造均已改變，常常很難恢復(fù)其原巖的狀況，環(huán)境掃描電子顯微鏡可對礦物的結(jié)構(gòu)和成分進行分析，為推斷礦物的成巖環(huán)境和搬運演化歷史提供基礎(chǔ)資料。

3、在礦物加工中的應(yīng)用

環(huán)境掃描電子顯微鏡在礦物加工中的主要應(yīng)用是分析礦物表面形態(tài)、產(chǎn)狀、微觀性質(zhì)，配合線能譜儀(EDS)對礦物成分進行定性和定量分析研究礦物表面性質(zhì)及成分對選礦效果的影響，提供元素賦存狀態(tài)、成礦信息等。

4、在材料學(xué)上的應(yīng)用

環(huán)境掃描電子顯微鏡的另一個重要特點是景深大，圖象富立體感，故所得掃描電子象富有立體感，具有三維形態(tài)，能夠提供比其他顯微鏡多得多的信息，這個特點對使用者很有價值，在材料學(xué)上主要用于納米材料分析、材料斷面分析。

環(huán)境掃描電子顯微鏡所顯示的斷口形貌從深層次，高景深的角度呈現(xiàn)材料斷裂的本質(zhì)，在教學(xué)、科研和生產(chǎn)中，有不可替代的作用，在材料斷裂原因的分析、事故原因的分析以及工藝合理性的判定等方面是一個強有力的手段。而環(huán)境掃描電子顯微鏡的動態(tài)觀察功能擴大了應(yīng)用范圍。

5、生物學(xué)上的應(yīng)用

環(huán)境方式下最適宜觀察的生物樣品應(yīng)是那些表面有角質(zhì)層覆蓋的樣品和含水量很低的樣品，比如植物的葉片、動物中的昆蟲、作物的籽粒等，這類樣品易于保持新鮮度;環(huán)境方式下對樣品的觀察和圖像的記錄等操作應(yīng)盡快完成，這樣可減少樣品內(nèi)水分蒸發(fā)而使樣品變形降至最低。

綜上所述，環(huán)境掃描電子顯微鏡的主要特點是：①非導(dǎo)電材料不需噴鍍導(dǎo)電膜，可直接觀察，分析簡便迅速，不破壞原始形貌;②可保證樣品在100%濕度下觀察，即可進行含油含水樣品的觀察，能夠觀察液體在樣品表而的蒸發(fā)和凝結(jié)以及化學(xué)腐蝕行為;③可進行樣品熱模擬及力學(xué)模擬的動態(tài)變化實驗研究，也可以研究微注入液體與樣品的相互作用等。因為這些過程中有大量氣體釋放，只能在環(huán)掃狀態(tài)下進行觀察。

環(huán)境掃描電子顯微鏡技術(shù)拓展了電子顯微學(xué)的研究領(lǐng)域，是掃描電子顯微鏡領(lǐng)域的一次重大技術(shù)革命，是研究材料熱模擬、力學(xué)模擬、氧化腐蝕等過程的有力工具，受到了國內(nèi)廣大科研工作者的廣泛關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。