導電性較差的材料，如陶瓷、β-環糊精、二氧化硅、細菌等，在使用蔡司掃描電鏡對其微觀結構進行表征和分析時，往往會出現非常嚴重的帶電現象，導致畸變圖像中的對比度異常、變形或樣品漂移。這是因為在掃描電鏡中，當電子束連續轟擊樣品時，入射電子的電流等于二次電子電流、背散射電子電流和樣品接地電流與充電電流之和。
對于導電性好的樣品，入射電子束產生的帶電電荷通過地面傳導走，不存在表面帶電現象。對于導電性差的樣品，接地電流幾乎為零。當樣品表面產生的二次電子和背散射電子之和小于入射電子數時，樣品表面處于負電位，電子在負電場的作用下被加速，更多的電子被探測器接收，二次電子圖像發光。當樣品表面產生的二次電子和背散射電子的總和大于入射電子的數量時，樣品表面處于正電位，正電場會將電子吸引回樣品中，減少探測器接收到的電子數量。二次電子像有局部變黑現象。如圖1a所示，利用場發射掃描電子顯微鏡（FESEM）拍攝了非導電碳纖維的形貌。在10kV的加速電壓下，樣品出現了非常嚴重的充電現象，圖像顯示局部變亮，同時變黑。
圖1 不同加速電壓下碳纖維形貌的場發射掃描電鏡觀察a）10kV，b）5kV，c）2kV的電壓和電流的電壓
目前，緩解帶電現象最常用的方法是通過離子濺射或蒸發在樣品表面沉積或鍍上一層相對均勻、細膩的金屬層，從而增加樣品的導電性。但是，這種方法仍然不能有效地解決樣品的帶電現象問題，也可能掩蓋了樣品的真實結構。場發射掃描電子顯微鏡具有良好的發射電流穩定性和優良的低壓圖像質量。一般情況下，加速度電壓范圍從1kV到30kV不等，可分步或連續調節。加速電壓的高低決定了入射電子束能量的高低，從而影響入射電子的擴展范圍。采用低加速電壓，由于電子束的能量低，作用范圍小，激發的二次電子能量小，不僅可以減少對樣品的損傷，而且可以有效地減少樣品表面的電荷，更適合觀察非導電樣品。
以上述碳纖維為例，將加速電壓降低到5kV時，充電現象明顯減少（圖1b），進一步降低加速電壓至2kV時，充電現象基本消除（圖1c）。同時，當使用低加速電壓時，入射電子與樣品之間的相互作用深度較淺，而激發的二次電子主要來自樣品入射區的極表層，更有利于觀察樣品的淺表面結構，對樣品的損傷較小。
