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title: "Cryo-SEM：观察之前先保留互动实验｜Sandbox Physics"
description: "能否区分冻结损伤、霜污染、充电与束流损伤？可以，只要清楚样品成像前经历过哪些步骤：每一步都会留下自己的痕迹。"
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last_modified: "2026-10-27"
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E23 · 冻结样品流程

# Cryo-SEM：观察之前先保留

**能否区分冻结损伤、霜污染、充电与束流损伤？** 可以，只要清楚样品成像前经历过哪些步骤：每一步都会留下自己的痕迹。有冰晶，说明样品太厚，冻得不够快；结霜，是冷表面在转移这类环节凝上了水汽；充电，多半是镀层太薄、导不走电荷；束流损伤则随成像剂量累积。

按顺序把样品冻结、断裂、升华、镀膜、转移，最后成像。再看图像里的每种伪影，找出它来自哪一步。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

模型假设

这是教学流程，不是制样规程，图像也不是实测显微照片。冻结保留程度、镀膜导电性和束流损伤都用指定的替代公式计算。表面冰的增减按平界面交换定律计算，适应系数取单位值，储库固定，饱和蒸气压用 Murphy–Koop 公式。模型不含热传递、成核、断裂力学和沉积层微结构，动力学也没有标定。每一步保留当时的设置，之后再调控件也补救不了前面的损伤。尺寸和硬件只是示意。

物理教程

## Cryo-SEM：观察之前先保留

**背景** Cryo-SEM 成像之前，样品要先冻结、断裂，再升华掉一部分表面冰，镀膜后保持低温送进显微镜。每一步都可能在图像上留下自己的伪影。

**为什么值得理解** 冻结损伤、霜、充电和束流损伤出在不同的步骤上。后面的步骤改不了前面的结果，想消除某种伪影，得先找到它出在哪一步。

先抓重点

- **核心问题**: 你能分清冻结损伤、霜污染、充电和束流损伤吗？
- **一句话直觉**: 样品怎么制备的，都留在了图像里。

### 核心数学模型

#### 指定的冻结保留公式

$$
P_f=\exp\!\left[-\left(\frac{t_s}{\ell_f}\right)^4\right]
$$

保留深度是指定值：快速浸冻取 10 微米，高压冷冻取 200 微米。样品越厚，留下的结构越少。这个因子只是替代量，既不是概率，也不保证玻璃化。

#### 表面冰的沉积与升华

$$
\begin{aligned}\dot h&=\frac{1}{\rho_i}\sqrt{\frac{m_w}{2\pi k_B}}\\&\quad\times\left[\frac{p_w}{\sqrt{T_g}}-\frac{p_{\rm sat,i}(T_s)}{\sqrt{T_s}}\right]\end{aligned}
$$

厚度变化为正表示结霜，为负表示冰在升华。气体和样品各有各的温度，储库保持不变。

#### 每采一张图，剂量就累加一次

$$
\begin{aligned}D_{\rm total}&=\sum_j D_j\\B&=\exp(-D_{\rm total}/D_c)\end{aligned}
$$

每张新图都把剂量加到总量上，结构随总剂量按指数衰减。特征损伤剂量指定为每平方纳米十个电子。调显示增益不改变剂量。

### 常见难点

#### 模型没有包含什么

**容易误解** 任务通过了，这组设置就能直接用在真实仪器上。

**正确理解** 这是教学流程，不是制样规程，图像也不是实测显微照片。冻结保留程度、镀膜导电性和束流损伤都用指定的替代公式计算。表面冰的增减按平界面交换定律计算，适应系数取单位值，储库固定，饱和蒸气压用 Murphy–Koop 公式。模型不含热传递、成核、断裂力学和沉积层微结构，动力学也没有标定。每一步保留当时的设置，之后再调控件也补救不了前面的损伤。尺寸和硬件只是示意。

### 动手实验

1. 01

   #### 冻结并断裂

   点击“从头制备新样品”，选好冻结方式和厚度，再冻结并断裂样品。

   **你会看到：** 冻结之后再换方式，也修复不了冰晶损伤。

2. 02

   #### 暴露并镀膜

   设好升华温度和时长，执行升华，再给露出的表面镀膜。

   **你会看到：** 去冰太少，细节被盖住；去得太多，结构也跟着丢了。

3. 03

   #### 保护转移

   设置冷台温度、残余水分压与转移时长，执行转移。

   **你会看到：** 转移时结的霜和冻结时长出的冰晶是两种不同的伪影。

4. 04

   #### 尽量少采集

   采集一张，看是否达到目标，再决定重新采集还是调显示增益。

   **你会看到：** 每采一张新图都会增加剂量，而且撤不回来；调显示增益不会增加剂量。

物理结论

把环境、样品和收集到的信号放在一起看。

场、流体与物质 · 入门路径

## 从电场到电子显微镜

先看懂电场、学会操控带电粒子，再算出电子的波长，用电子束观察晶体和表面。

[从这里开始 → **看见电场** 在偶极子周围移动探针，看电场是不是总指向电势地形的下坡方向。 观察 · 8 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)

1. [1 看见电场](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)
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5. [5 TEM 明场、暗场与选区衍射](https://sandboxphysics.com/zh/labs/tem-mode-selector/)
6. [6 SEM 二次电子表面形貌](https://sandboxphysics.com/zh/labs/sem-topography/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/fields-and-matter/#starter-path)