掃描電子顯微鏡(SEM) 是一種介于透射電子顯微鏡和光學顯微鏡之間的一種觀察手段。其利用聚焦的很窄的高能電子束來掃描樣品, 通過光束與物質間的相互作用, 來激發各種物理信息, 對這些信息收集、放大、再成像以達到對物質微觀形貌表征的目的。
掃描電鏡雖然是顯微鏡家族中的后起之秀,但由于其本身具有許多獨特的優點,發展速度是很快的。財政部等五部門聯合下發《關于加快部分領域設備更新改造貸款財政貼息工作的通知》,對2022/12/31前新增的10個領域設備更新改造貸款貼息2.5個百分點,期限2年,額度2000億元以上,有望在中短期內刺激掃描電鏡需求,加速國產替代節奏。
掃描電鏡的概念
掃描電子顯微鏡(SEM) 是一種介于透射電子顯微鏡和光學顯微鏡之間的一種觀察手段。其利用聚焦的很窄的高能電子束來掃描樣品, 通過光束與物質間的相互作用, 來激發各種物理信息, 對這些信息收集、放大、再成像以達到對物質微觀形貌表征的目的。新式的掃描電子顯微鏡的分辨率可以達到1nm;放大倍數可以達到30萬倍及以上連續可調;并且景深大, 視野大, 成像立體效果好。
此外, 掃描電子顯微鏡和其他分析儀器相結合, 可以做到觀察微觀形貌的同時進行物質微區成分分析。掃描電子顯微鏡在巖土、石墨、陶瓷及納米材料等的研究上有廣泛應用。因此掃描電子顯微鏡在科學研究領域具有重大作用。
根據中研普華產業研究院發布的《2020-2025年中國掃描電鏡行業市場現狀調查研究與發展戰略咨詢預測報告》顯示:
掃描電鏡具有景深大、分辨率高,成像直觀、立體感強、放大倍數范圍寬以及待測樣品可在三維空間內進行旋轉和傾斜等特點。另外具有可測樣品種類豐富,幾乎不損傷和污染原始樣品以及可同時獲得形貌、結構、成分和結晶學信息等優點。目前,掃描電子顯微鏡已被廣泛應用于生命科學、物理學、化學、司法、地球科學、材料學以及工業生產等領域的微觀研究,僅在地球科學方面就包括了結晶學、礦物學、礦床學、沉積學、地球化學、寶石學、微體古生物、天文地質、油氣地質、工程地質和構造地質等。
掃描電鏡是現代科學技術中不可缺少的重要工具。從市場格局來看,美國、日本、德國三足鼎立。其中以日本日立、日本電子公司、美國FEI以及德國蔡司公司表現為突出。而我國科研領域對電鏡的巨大需求只能嚴重依賴進口。就掃描電鏡行業來說,依舊存在高質量電子光學系統生產困難、透鏡內探測器設計難度較大、低電壓分辨率需要突破等亟待解決的難題。
在電子掃描中,把電子束從左到右方向的掃描運動叫做行掃描或稱作水平掃描,把電子束從上到下方向的掃描運動叫做幀掃描或稱作垂直掃描。兩者的掃描速度完全不同,行掃描的速度比幀掃描的速度快,對于1000條線的掃描圖象來說,速度比為1000。在掃描電鏡中,入射電子束在樣品上的掃描和顯像管中電子束在熒光屏上的掃描是用一個共同的掃描發生器控制的。這樣就保證了入射電子束的掃描和顯像管中電子束的掃描完全同步,保證了樣品上的“物點”與熒光屏上的“象點”在時間和空間上一一對應,稱其為“同步掃描”。一般掃描圖象是由近100萬個與物點一一對應的圖象單元構成的,正因為如此,才使得掃描電鏡除能顯示一般的形貌外,還能將樣品局部范圍內的化學元素、光、電、磁等性質的差異以二維圖象形式顯示。
我國經濟穩步發展,紡織、化工、生物、醫學、教育等領域快速發展,掃描電鏡作為重要的研究手段,市場需求也呈現穩步增長的態勢,但由于其價格昂貴,整體需求量較小,2021年市場需求量約為390臺。化工儀器網對2021H2的國內掃描電鏡中標情況進行了不完全統計,從數量來看,進口儀器/國產儀器/其他的中標數量分別為69/3/3套,占比分別為92%/4%/4%。
經化工儀器網的不完全統計,數量方面,賽默飛以19套的銷售數量位居第一,其次是日立,共計中標16套,第三為蔡司,共計中標12套;金額方面,賽默飛仍是第一,可統計到的中標總金額為8485.7萬元,約占39%。
掃描電鏡行業產業鏈分析
掃描電鏡產業鏈下游方面,我國的掃描電鏡主要應用于主要用于紡織、化工、印染、儀器儀表、材料分析、教學科研等許多領域。其中材料、化工領域是最大的應用市場,2020年市場占比達40.8%,其次為生物、醫學領域,2020年市場占比為33.5%。
由于掃描電子顯微鏡具有上述特點和功能,所以越來越受到科研人員的重視,用途日益廣泛。掃描電子顯微鏡已廣泛用于材料科學(金屬材料、非金屬材料、納米材料)、冶金、生物學、醫學、半導體材料與器件、地質勘探、病蟲害的防治、災害(火災、失效分析)鑒定、刑事偵察、寶石鑒定、工業生產中的產品質量鑒定及生產工藝控制等。
在全球經濟一體化的競爭趨勢中,企業要想生存和發展,首要任務就是進行技術改造、更新設備及加強研發實力。從世界范圍內看,發達國家企業幾乎將銷售總額的10%用于新產品的研發,相比較來看,我國企業投入研發的費用不足銷售總額的1.5%。新技術、新產品開發對各行業越來越重要,技術升級、設備改造及研發的投入等需要的資金將迅速增加,掃描式電子顯微鏡的市場需求隨之將被拉動。
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