如今，扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）已成为材料科学中的一个重要工具，它可以使研究人员能够探索包括聚合物在内的各种材料的复杂结构和表面特征。
目前聚合物在从包装到医疗设备等各个领域都有着不同的应用，而它们所显示出复杂的微观结构，显著影响其性能。
SEM提供了一个高分辨率的三维可视化平台，用于深入研究和表征微纳米级聚合物的表面和内部结构。SEM还可以揭示添加剂、填料和增强材料在聚合物中的分布和排列，帮助我们了解它们在改善材料性能方面的有效性。
低真空模式下在添加无机填料的聚丙烯(PP)样品上拍摄的SEM-BSE图像
在聚合物共混物的制备过程中，通过SEM和TEM电子显微镜的分析来控制材料内部结构的形态是获得新材料的关键因素，有助于确定提高材料最终性能的必要措施。
共混物的形态特征可以通过直接可视化其相来分析，通常包括连续相（基体）和代表少数组分的一个或多个分散相。这些相的形状、大小和分布为共混物中聚合物和添加剂之间的相互作用以及最终混合物的性能，特别是其机械、热性能和流变特性提供了帮助。
SEM分析的样品要求
与使用透射电子的TEM不同，扫描电子显微镜的图像形成依赖于二次电子（SE）或背散射电子（BSE）。这种方法能够在不制备超薄切片的情况下分析不同厚度的样品。
样本大小可以从几平方毫米到几平方厘米不等。由于SEM的景深很大，因此可以同时聚焦在不同的平面上观察表面不均匀的样品。为了准备用于分析的样品，可以通过在液氮中冷冻材料后使其破裂来获得样品，从而可以观察断裂表面并探索其内部结构。
由于聚合物是绝缘材料，因此建议使用溅射涂覆机或在低真空条件（LV）下工作，用诸如金的导电材料覆盖其表面，以减少SEM观察期间由入射电子束引起的电荷效应。
SEM可以提供的信息
SEM能够获得三维图像，从而深入了解材料的纳米级特性和内部结构。利用化学图谱，能量分散X射线分析（EDX）可以有效地识别样品中的无机填料及其在聚合物基体中的分布。以下简述SEM可以帮助理解的聚合物材料主要案例：
增容剂在非均相混合物中的应用：在聚合物混合物由充分混合在一起的物质组成的情况下，SEM显示出大量的相均匀性。相反，当不混溶的聚合物混合时，SEM揭示了具有可变界面粘附力的多相形态，这取决于相容剂添加剂的存在和浓度。
具有不同混溶程度的聚合物共混物：（A）、（B）均相；（C）、（D）异相形态
从应用的角度来看，具有相互粘附性差的混合物表现出较差的机械性能。然而，添加合适的增容剂（如接枝聚合物、嵌段共聚物或特定的无机填料）可以显著改变材料的形态。SEM分析可以评估不同组分的相容性，并预测材料的机械和热行为。SEM分析考虑了形态参数，如分散相的形状、直径以及相间的厚度等，构成了确保相之间粘附的界面。
拉伸试验和磨损试验等力学性能：当力（载荷）作用在材料上时，材料会发生变形，变形类型（弹性、韧性或脆性）取决于施加的力的大小和材料的固有阻力。拉伸试验包括逐渐向标准样品施加越来越大的轴向力，直到其断裂。一些材料在没有塑性变形（脆性）的情况下断裂，而另一些材料在缓慢的塑性变形后断裂（韧性）。裂纹扩展后可能发生断裂。因此，微裂纹、孔隙、颗粒夹杂物或制造/设计缺陷会显著影响断裂扩展。
拉伸试验后试样断裂表面的SEM检查有助于确定其失效原因。例如，在下图中间图中，断裂是从材料中的夹杂物开始的，而下图最右侧显示了聚合物基体中可能在生产过程中形成的许多空腔。这些图像还可以显示在拉伸测试期间可视化材料的塑性变形。
拉伸试验后PP试样断口的SEM观察
