Compoziția microscopului electronic Istoria dezvoltării microscopului electronic
Componentele unui microscop electronic
Sursa de electroni: Este un catod care eliberează electroni liberi, iar un anod în formă de inel accelerează electronii. Diferența de tensiune dintre catod și anod trebuie să fie foarte mare, de obicei între câteva mii de volți și trei milioane de volți.
Electroni: Folosiți pentru a focaliza electronii. În general, se folosesc lentile magnetice, iar uneori se folosesc și lentile electrostatice. Funcția lentilei electronice este aceeași cu cea a lentilei optice la microscopul optic. Focalizarea lentilei optice este fixă, dar focalizarea lentilei electronice poate fi ajustată, astfel încât microscopul electronic nu are un sistem de lentile mobile precum un microscop optic.
Dispozitiv de vid: Dispozitivul de vid este folosit pentru a asigura starea de vid în interiorul microscopului, astfel încât electronii să nu fie absorbiți sau deviați pe calea lor.
Suport de probă: Probele pot fi plasate stabil pe suportul de probă. În plus, există adesea dispozitive care pot fi folosite pentru a schimba proba (cum ar fi deplasarea, rotirea, încălzirea, răcirea, alungirea etc.).
Detector: Un semnal sau semnal secundar utilizat pentru a colecta electroni. Proiecția unei probe poate fi obținută direct folosind un microscop electronic cu transmisie (Transmission Electron Microscopy TEM). Electronii trec prin eșantion în acest microscop, așa că proba trebuie să fie foarte subțire. Greutatea atomică a atomilor care formează proba, tensiunea la care electronii sunt accelerați și rezoluția dorită determină grosimea probei. Grosimea probei poate varia de la câțiva nanometri la câțiva micrometri. Cu cât masa atomică este mai mare și tensiunea este mai mică, cu atât proba trebuie să fie mai subțire.
Prin schimbarea sistemului de lentile al obiectivului, se poate mări direct imaginea la punctul focal al obiectivului. Din aceasta se pot obține imagini de difracție a electronilor. Folosind această imagine, structura cristalină a probei poate fi analizată.
Principiul compoziției microscopului electronic
Microscopul electronic este format din trei părți: butoiul lentilei, sistemul de vid și dulapul de alimentare. Butoiul obiectivului include în principal pistoale cu electroni, lentile cu electroni, suporturi pentru mostre, ecrane fluorescente și mecanisme de cameră. Aceste componente sunt de obicei asamblate într-o coloană de sus în jos; sistemul de vid este compus din pompe de vid mecanice, pompe de difuzie și supape de vid. Conducta de gaz este conectată cu cilindrul lentilei; dulapul de putere este compus dintr-un generator de înaltă tensiune, un stabilizator de curent de excitație și diverse unități de control de reglare.
Lentila electronică este cea mai importantă parte a cilindrului lentilei microscopului electronic. Utilizează un câmp electric spațial sau un câmp magnetic simetric față de axa cilindrului lentilei pentru a îndoi pista electronilor spre axă pentru a forma un focar. Funcția sa este similară cu cea a unei lentile convexe din sticlă pentru a focaliza fasciculul, așa că se numește electron. obiectiv. Cele mai multe microscoape electronice moderne folosesc lentile electromagnetice, care focalizează electronii printr-un câmp magnetic puternic generat de un curent de excitație DC foarte stabil care trece printr-o bobină cu pantofi poli.
Tunul de electroni este o componentă formată dintr-un catod fierbinte cu filament de wolfram, o grilă și un catod. Poate emite și forma un fascicul de electroni cu o viteză uniformă, astfel încât stabilitatea tensiunii de accelerare trebuie să fie nu mai mică de o zece miimi.
Microscoapele electronice pot fi împărțite în microscoape electronice cu transmisie, microscoape electronice cu scanare, microscoape electronice cu reflexie și microscoape electronice cu emisie în funcție de structurile și utilizările lor. Microscoapele electronice cu transmisie sunt adesea folosite pentru a observa structurile materiale fine care nu pot fi rezolvate de microscoape obișnuite; Microscoapele electronice cu scanare sunt utilizate în principal pentru a observa morfologia suprafețelor solide și pot fi, de asemenea, combinate cu difractometre cu raze X sau spectrometre de energie electronică pentru a forma microsferele electronice. Partea mai subțire sau cu densitate mai mică a probei are mai puțină împrăștiere a fasciculului de electroni, astfel încât mai mulți electroni trec prin diafragma obiectiv și participă la imagini și apar mai strălucitori în imagine. În schimb, părțile mai groase sau mai dense ale eșantionului apar mai întunecate în imagine. Dacă proba este prea groasă sau prea densă, contrastul imaginii se va deteriora sau chiar va fi deteriorat sau distrus prin absorbția energiei fasciculului de electroni.
Partea superioară a lentilei microscopului electronic de transmisie este un tun cu electroni. Electronii sunt emiși de catodul fierbinte de tungsten, iar fasciculele de electroni sunt focalizate de primul și al doilea condensator. După trecerea prin eșantion, fasciculul de electroni este imaginat pe oglinda intermediară de către lentila obiectivului, apoi este mărit pas cu pas prin oglinda intermediară și oglinda de proiecție, apoi imaginează pe ecranul fluorescent sau pe placa fotocoerentă.
Mărirea oglinzii intermediare poate fi schimbată continuu de la zeci de ori la sute de mii de ori, în principal prin reglarea curentului de excitație; prin modificarea distanței focale a oglinzii intermediare, imaginile microscopice electronice și imaginile cu difracția electronică pot fi obținute pe părțile minuscule ale aceleiași probe. Pentru a studia mostre de metal mai groase, Laboratorul francez de optică electronică Dulos a dezvoltat un microscop electronic de ultraînaltă tensiune cu o tensiune de accelerare de 3500 kV.
Fasciculul de electroni al microscopului electronic cu scanare nu trece prin eșantion, ci doar scanează și excită electroni secundari de pe suprafața probei. Cristalul de scintilație plasat lângă probă primește acești electroni secundari, amplifică și modulează intensitatea fasciculului de electroni al tubului de imagine, modificând astfel luminozitatea ecranului tubului de imagine. Bobina de deviere a tubului de imagine păstrează scanarea sincronă cu fasciculul de electroni de pe suprafața probei, astfel încât ecranul fluorescent al tubului de imagine afișează imaginea topografică a suprafeței probei, care este similară cu principiul de funcționare al unui televizor industrial. .
Rezoluția unui microscop electronic cu scanare este determinată în principal de diametrul fasciculului de electroni de pe suprafața probei. Mărirea este raportul dintre amplitudinea de scanare de pe tubul de imagine și amplitudinea de scanare de pe eșantion, care poate fi schimbat continuu de la zeci de ori la sute de mii de ori. Microscopia electronică cu scanare nu necesită mostre foarte subțiri; imaginea are un efect tridimensional puternic; poate folosi informații precum electroni secundari, electroni absorbiți și razele X generate de interacțiunea fasciculelor de electroni și a substanțelor pentru a analiza compoziția substanțelor.
Tunul de electroni și lentila condensatorului microscopului electronic cu scanare sunt aproximativ aceleași cu cele ale microscopului electronic cu transmisie, dar pentru a face fasciculul de electroni mai subțire, se adaugă o lentilă obiectiv și un astigmatizator sub lentila condensatorului și două seturi de în interiorul lentilei obiectivului sunt instalate fascicule de scanare reciproc perpendiculare. bobina. Camera de probă de sub obiectivul este echipată cu o etapă de probă care se poate mișca, roti și înclina.
Utilizări ale microscoapelor electronice
Microscoapele electronice pot fi împărțite în microscoape electronice cu transmisie, microscoape electronice cu scanare, microscoape electronice cu reflexie și microscoape electronice cu emisie în funcție de structurile și utilizările lor. Microscoapele electronice cu transmisie sunt adesea folosite pentru a observa structurile materiale fine care nu pot fi rezolvate de microscoape obișnuite; microscoapele electronice cu scanare sunt utilizate în principal pentru a observa morfologia suprafețelor solide și pot fi, de asemenea, combinate cu difractometre cu raze X sau spectrometre de energie electronică pentru a forma Microsonde electronice pentru analiza compoziției materialelor; microscopia electronică cu emisie pentru studiul suprafețelor de electroni autoemițători.
Microscopul electronic cu transmisie este numit după ce fasciculul de electroni pătrunde în probă și apoi mărește imaginea cu lentila de electroni. Calea sa optică este similară cu cea a unui microscop optic. În acest tip de microscop electronic, contrastul în detaliile imaginii este creat de împrăștierea fasciculului de electroni de către atomii probei. Partea mai subțire sau cu densitate mai mică a probei are mai puțină împrăștiere a fasciculului de electroni, astfel încât mai mulți electroni trec prin diafragma obiectiv și participă la imagini și apar mai strălucitori în imagine. În schimb, părțile mai groase sau mai dense ale eșantionului apar mai întunecate în imagine. Dacă proba este prea groasă sau prea densă, contrastul imaginii se va deteriora sau chiar va fi deteriorat sau distrus prin absorbția energiei fasciculului de electroni.
