[发明专利]一种扫描电镜教学模型装置及其使用方法

说明书

一种扫描电镜教学模型装置及其使用方法，属于扫描电镜教学技术领域。教学模型装置包括仿真外壳、电子光路模拟系统和电镜模拟操作系统；电子光路模拟系统包括光路显示部分，人机交互液晶显示器和控制系统等；电镜模拟操作系统可显示学生实验课程涉及的所有标准样品的电镜图片；仿真外壳为3D打印的1:1扫描电镜模型，仿真外壳的镜筒部分是剖开的。光路显示部分是用灯珠布置在电子束扫描的路径，有红、绿、蓝三色LED灯珠来描述电子束，3种颜色可任意单显或组合，出现7种不同的颜色；本发明搭建模拟电镜内部电子束工作原理的光路图和电路板系统、让学生能够直观了解电镜的工作原理，让学生有上机实践的体验，提高授课效率；适于所有开设扫描电镜相关课程的高校使用。

技术领域

本发明涉及扫描电镜教学技术领域，具体涉及一种扫描电镜教学模型装置及其使用方法。

背景技术

扫描电镜是材料类专业一种重要的分析与表征工具，能够获取材料表面形貌、成分和结构信息，是研究和检测材料的重要手段，与理论教学相辅相成，扫描电镜实验教学是整个教学活动的重要环节，在提高学生分析问题、解决问题能力中占据举足轻重的地位。但扫描电镜属于大型贵重设备，扫描电镜使用率高、维护成本高，导致扫描电镜配套的实验教学主要以教师讲解、演示操作为主，很难激发学生学习的积极性和创造性，教学效果差，严重影响大学生综合素质的培养和技能锻炼。

现在高校大部分的扫描电镜实验课都是由管理电镜的实验人员简单地讲解电镜的原理，带领学生参观演示。由于仪器结构复杂，原理抽象难懂，又因扫描电镜结构封闭，学生难以观察到内部，也没有办法观察电子束与样品的作用，单凭口头讲授学生很难理解。加之仪器操作步骤复杂，包括制样、喷金、粘样、上样、操作、观察、取样等步骤，每一步都有需要特别注意的地方，仅靠一次实验并不能学会，更不用说熟练操作，而且即使微小的不当操作都可能会对设备造成致命损坏。设备台数和实验室空间有限，扫描电镜的电子枪、极靴等重要部件和各种探头都在设备厚厚的外壳下，有高压真空状态的保护，不可能将电镜拆开讲解，所以诸如二次电子、背散射电子成像等学生都很难理解和接受，学生在课堂上参与感少，亲临感差，学生对扫描电镜的理解仅仅停留在感性认识层面上，因此，需要开发一种扫描电镜教学模型用于演示扫描电镜的光路以及实验原理。

发明内容

本发明的目的是提供一种扫描电镜教学模型的装置，能够演示扫描电镜的成像原理，可以辅助对扫描电镜的结构、二次电子成像、背散射电子成像、微区成分分析及电子背散射衍射等功能进行讲解，解决扫描电镜原理教学过程中内容抽象、学生难以理解的问题。

一种扫描电镜教学模型装置，包括仿真外壳、电子光路模拟系统和电镜模拟操作系统；所述电子光路模拟系统包括光路显示部分，人机交互液晶显示器和控制系统；所述光路显示部分安装在仿真外壳之内；所述人机交互液晶显示器和控制系统集成安装在一起，布置在仿真外壳之外并与光路显示部分通过导线链接；所述电镜模拟操作系统在仿真外壳之外，通过数据线与电子光路模拟系统相对应；所述电镜模拟操作系统可以显示学生实验课程涉及的所有标准样品的电镜图片。

进一步地，所述的仿真外壳为3D打印的1:1比例扫描电镜模型，所用材料为树脂材料；所述仿真外壳的镜筒部分是剖开的，便于显示光路成像过程；所述仿真外壳的样品仓门是透明材质的，便于观察样品移动过程以及样品二次电子成像、背散射电子成像过程。

进一步地，所述光路显示部分是用灯珠布置在电子束扫描的路径，有红、绿、蓝三色LED灯珠来描述电子束，3种颜色可以任意单显或组合，出现7种不同的颜色。

进一步地，所述灯珠按照电子束路径固定安装在所述仿真外壳内部。

进一步地，所述光路显示部分可以演示扫描电镜电子束第一次聚焦过程、第二次聚焦过程、聚焦后过程、干涉部分和反射部分的成像过程。

进一步地，所述人机交互液晶显示器包括亮度按键、颜色按键、光路显示部分按键、二次电子像和背散射电子像选择按键和物镜光阑选择按键。