本论文工作在改进并完善扫描电子声显微镜成像技术的基础上，着重对电子声热波成像机理以及实验技术进行了的研究，实现对电子声热波分层成像的定量分析，还使用光声压电检技术及电子声技术检测样品材料的热学性能，并得到了满意的结果。论文主要工作共分三部分：(1)扫描电子声显微镜技术的实验研究；(2)扫描电子声显微镜成像机理的理论研究；(3)热声压电技术对材料热扩散率的定征。 一、扫描电子声显微镜成像实验研究首先，对本实验室原有扫描电子声显微镜(SEAM)成像装置进行改进，通过增强束流、改进前置放大器、斩波驱动电路、降低系统电子噪声以及同频干扰等，达到了提高信/噪比和成像质量的目的。使用改进后的系统过对各种非生物和生物材料进行了形貌和分层成像实验研究，得到了满意的实验结果。 A.对非生物材料进行成像研究：(1)系统成像分辨率研究；(2)金属表层的晶粒分布及其形状研究；(3)铁电材料的电畴分布研究；(4)集成电路的亚表面分层成像研究；(5)经过激光冲击后的金属薄板表面及其亚表面的残余应力分布研究。 B.对多种生物组织进行了成像研究：(1)植物树叶的表面亚表面分层成像研究；(2)小白鼠肌肉、肝脏、心脏和人体眼角膜的分层成像研究；(3)由于过量照射对植物和动物样品造成的损伤成像研究。 通过对各种生物和非生物材料的成像研究，扫描电子声成像以及分层成像的领域得到了拓展和补充(第二章)。 二、扫描电子声显微镜成像机理的理论研究1、用三维温度场模型对SEAM成像实验中样品的温度场进行了理论计算，得出了相应的理论公式，并使用数值计算的方法模拟了样品中温度场的分布。根据得到的温度场分布，首先对使用柱状PZT陶瓷压电换能器接收声信号的电子声成像过程进行了理论研究。此时，径向振动可以忽略不计，因此只考虑纵向温度场分布的情况，利用简化的一维模型，得到了电子声成像中相应的压电输出振幅和频率的关系曲线，并通过了实验验证。最后利用该一维简化模型，通过数值模拟分析，讨论了材料热弹特性(密度、拉梅系数、热传导系数等)对压电输出信号振幅和相位的影响(第三章)。 2、其次，考虑到SEAM系统中常常使用圆片状PZT压电陶瓷换能器接收声信号，换能器的厚度比较其半径小很多，此时主要考虑径向振动，再加上复杂的边界条件致使用无法使用解析方法模拟计算实际成像情况。数值解法中有限元方法(FEM)是可以解决这种具有复杂边界条件的物理问题的有效途径。此外，扫描电子声成像的过程包含了不同物理场之间的相互耦合作用(温度场和弹性场、弹性场和压电场)，所以本文引入FEM中的直接耦合方法对圆片状压电换能器的电子声成像机理进行了模拟。建立了相应的有限元模型，模拟了各种实验条件下纯铜材料样品的压电输出信号与调制频率的关系，然后通过实验证明了这样的有限元模型的有效性。最后利用该FEM模型进行了数值模拟分析，讨论了材料各种热学和弹性学参量(密度、泊松比、弹性模量、热扩散率、热膨胀系数、比热和密度等)对压电输出信号振幅和相位的影响(第四章)。 三、热声压电技术对材料热扩散率的定征1、使用压电光声技术对生物组织的等效(平均)热扩散率进行了研究，得到了经不同处理后各种猪组织的热扩散率值。比较了猪的皮、脂肪、肌肉、肝脏、肾脏、心脏组织在新鲜状态、干燥脱水状态以及处理成扫描电子显微镜样品状态下的平均热扩散率的大小和变化，并对各种组织的等效热扩散率及其经不同处理后的改变进行了解释(第五章)。 2、为了能在电子声成像过程中，能同时定征样品的热扩散率，探索利用电子声信号定征热扩散率。首先从理论推导从理论上对使用SEAM技术定征材料热扩散率进行了论证，然后使用SEAM系统进行了实验验证。对金属样品测量得到的实验数据与相应的参考值相符合，证明了SEAM系统能有效定征材料的热扩散率。最后，使用该技术测量了风干生物组织和经过扫描电子显微镜样品特殊制备过程后的生物组织的平均热扩散率(第五章)。