如今，掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）已成為材料科學中的一個重要工具，它可以使研究人員能夠探索包括聚合物在內的各種材料的復雜結構和表面特征。
目前聚合物在從包裝到醫療設備等各個領域都有著不同的應用，而它們所顯示出復雜的微觀結構，顯著影響其性能。
SEM提供了一個高分辨率的三維可視化平臺，用于深入研究和表征微納米級聚合物的表面和內部結構。SEM還可以揭示添加劑、填料和增強材料在聚合物中的分布和排列，幫助我們了解它們在改善材料性能方面的有效性。
低真空模式下在添加無機填料的聚丙烯(PP)樣品上拍攝的SEM-BSE圖像
在聚合物共混物的制備過程中，通過SEM和TEM電子顯微鏡的分析來控制材料內部結構的形態是獲得新材料的關鍵因素，有助于確定提高材料最終性能的必要措施。
共混物的形態特征可以通過直接可視化其相來分析，通常包括連續相（基體）和代表少數組分的一個或多個分散相。這些相的形狀、大小和分布為共混物中聚合物和添加劑之間的相互作用以及最終混合物的性能，特別是其機械、熱性能和流變特性提供了幫助。
與使用透射電子的TEM不同，掃描電子顯微鏡的圖像形成依賴于二次電子（SE）或背散射電子（BSE）。這種方法能夠在不制備超薄切片的情況下分析不同厚度的樣品。
樣本大小可以從幾平方毫米到幾平方厘米不等。由于SEM的景深很大，因此可以同時聚焦在不同的平面上觀察表面不均勻的樣品。為了準備用于分析的樣品，可以通過在液氮中冷凍材料后使其破裂來獲得樣品，從而可以觀察斷裂表面并探索其內部結構。
由于聚合物是絕緣材料，因此建議使用濺射涂覆機或在低真空條件（LV）下工作，用諸如金的導電材料覆蓋其表面，以減少SEM觀察期間由入射電子束引起的電荷效應。
SEM可以提供的信息
SEM能夠獲得三維圖像，從而深入了解材料的納米級特性和內部結構。利用化學圖譜，能量分散X射線分析（EDX）可以有效地識別樣品中的無機填料及其在聚合物基體中的分布。以下簡述SEM可以幫助理解的聚合物材料主要案例：
增容劑在非均相混合物中的應用：在聚合物混合物由充分混合在一起的物質組成的情況下，SEM顯示出大量的相均勻性。相反，當不混溶的聚合物混合時，SEM揭示了具有可變界面粘附力的多相形態，這取決于相容劑添加劑的存在和濃度。
從應用的角度來看，具有相互粘附性差的混合物表現出較差的機械性能。然而，添加合適的增容劑（如接枝聚合物、嵌段共聚物或特定的無機填料）可以顯著改變材料的形態。SEM分析可以評估不同組分的相容性，并預測材料的機械和熱行為。SEM分析考慮了形態參數，如分散相的形狀、直徑以及相間的厚度等，構成了確保相之間粘附的界面。
拉伸試驗和磨損試驗等力學性能：當力（載荷）作用在材料上時，材料會發生變形，變形類型（彈性、韌性或脆性）取決于施加的力的大小和材料的固有阻力。拉伸試驗包括逐漸向標準樣品施加越來越大的軸向力，直到其斷裂。一些材料在沒有塑性變形（脆性）的情況下斷裂，而另一些材料在緩慢的塑性變形后斷裂（韌性）。裂紋擴展后可能發生斷裂。因此，微裂紋、孔隙、顆粒夾雜物或制造/設計缺陷會顯著影響斷裂擴展。
拉伸試驗后試樣斷裂表面的SEM檢查有助于確定其失效原因。例如，在下圖中間圖中，斷裂是從材料中的夾雜物開始的，而下圖最右側顯示了聚合物基體中可能在生產過程中形成的許多空腔。這些圖像還可以顯示在拉伸測試期間可視化材料的塑性變形。
