Az elektronmikroszkóp összetétele Az elektronmikroszkóp fejlődéstörténete
Az elektronmikroszkóp alkatrészei
Elektronforrás: Ez egy katód, amely szabad elektronokat szabadít fel, és egy gyűrű alakú anód gyorsítja az elektronokat. A katód és az anód közötti feszültségkülönbségnek nagyon nagynak kell lennie, jellemzően több ezer volt és három millió volt között.
Elektronok: Elektronok fókuszálására használják. Általában mágneses lencséket használnak, és néha elektrosztatikus lencséket is használnak. Az elektronlencse funkciója megegyezik az optikai mikroszkóp optikai lencséjével. Az optikai lencse fókusza fix, de az elektronikus lencse fókusza állítható, így az elektronmikroszkóp nem rendelkezik optikai mikroszkóphoz hasonló mozgatható lencserendszerrel.
Vákuumos eszköz: A vákuumeszköz a mikroszkóp belsejében a vákuum állapot biztosítására szolgál, hogy az elektronok ne nyeljenek el vagy térjenek el útjuk során.
Mintatartó: A minták stabilan helyezhetők a mintatartóra. Emellett gyakran léteznek olyan eszközök, amelyekkel a mintát lehet változtatni (például mozgatni, forgatni, melegíteni, hűteni, megnyújtani stb.).
Detektor: Elektronok gyűjtésére használt jel vagy másodlagos jel. A minta vetülete közvetlenül elérhető transzmissziós elektronmikroszkóp (Transmission Electron Microscopy TEM) segítségével. Ebben a mikroszkópban az elektronok áthaladnak a mintán, ezért a mintának nagyon vékonynak kell lennie. A mintát alkotó atomok atomtömege, az elektronok gyorsulásának feszültsége és a kívánt felbontás határozza meg a minta vastagságát. A minta vastagsága néhány nanométertől néhány mikrométerig változhat. Minél nagyobb az atomtömeg és minél kisebb a feszültség, annál vékonyabbnak kell lennie a mintának.
Az objektív lencserendszerének megváltoztatásával közvetlenül nagyítható a kép az objektív fókuszpontjában. Ebből elektrondiffrakciós képeket kaphatunk. Ennek a képnek a segítségével elemezhető a minta kristályszerkezete.
Az elektronmikroszkóp kompozíciós elve
Az elektronmikroszkóp három részből áll: lencsecsőből, vákuumrendszerből és tápegységből. Az objektívcső főleg elektronágyúkat, elektronlencséket, mintatartókat, fluoreszkáló képernyőket és kameramechanizmusokat tartalmaz. Ezeket az alkatrészeket általában fentről lefelé oszlopba szerelik össze; a vákuumrendszer mechanikus vákuumszivattyúkból, diffúziós szivattyúkból és vákuumszelepekből áll. A gázvezeték a lencsecsővel van összekötve; a tápszekrény egy nagyfeszültségű generátorból, egy gerjesztőáram-stabilizátorból és különböző beállító vezérlőegységekből áll.
Az elektronlencse az elektronmikroszkóp lencsecsőjének legfontosabb része. A lencsecső tengelyére szimmetrikus térbeli elektromos mezőt vagy mágneses mezőt használ, hogy az elektronpályát a tengelyhez hajlítsa a fókusz kialakításához. Funkciója hasonló az üveg domború lencsékéhez a sugár fókuszálására, ezért elektronnak nevezik. lencse. A legtöbb modern elektronmikroszkóp elektromágneses lencséket használ, amelyek egy pólussarukkal ellátott tekercsen áthaladó, nagyon stabil egyenáramú gerjesztőáram által generált erős mágneses mezőn keresztül fókuszálják az elektronokat.
Az elektronágyú egy wolframszálas forró katódból, egy rácsból és egy katódból álló alkatrész. Egyenletes sebességű elektronsugarat tud kibocsátani és alkotni, ezért a gyorsító feszültség stabilitása nem lehet kevesebb tízezreléknél.
Az elektronmikroszkópok felépítésük és felhasználásuk szerint transzmissziós elektronmikroszkópokra, pásztázó elektronmikroszkópokra, reflexiós elektronmikroszkópokra és emissziós elektronmikroszkópokra oszthatók. Transzmissziós elektronmikroszkópokat gyakran használnak olyan finom anyagszerkezetek megfigyelésére, amelyeket közönséges mikroszkópokkal nem lehet felbontani; pásztázó elektronmikroszkópok elsősorban a szilárd felületek morfológiájának megfigyelésére szolgálnak, valamint röntgendiffraktométerekkel vagy elektronenergia-spektrométerekkel kombinálva is elektronikus A mikrogömbök az elektronnyalábnak a minta atomjai általi szórásával jönnek létre. A minta vékonyabb vagy kisebb sűrűségű részén kisebb az elektronsugár szórása, így több elektron halad át az objektív membránon és vesz részt a képalkotásban, és világosabbnak tűnik a képen. Ezzel szemben a minta vastagabb vagy sűrűbb részei sötétebbnek tűnnek a képen. Ha a minta túl vastag vagy túl sűrű, akkor a kép kontrasztja romlik, sőt az elektronsugár energiájának elnyelésével megsérül vagy tönkremegy.
A transzmissziós elektronmikroszkóp lencséjének teteje egy elektronágyú. Az elektronokat a volfrám forró katód bocsátja ki, az elektronsugarat pedig az első és a második kondenzátor fókuszálja. A mintán való áthaladás után az elektronsugarat az objektívlencse a közbenső tükörre leképezi, majd a közbenső tükrön és a vetítőtükörön keresztül lépésről lépésre felnagyítja, majd leképezi a fluoreszcens képernyőn vagy a fotokoherens lemezen.
A közbenső tükör nagyítása főként a gerjesztőáram beállításával folyamatosan, több tucatszorosról százezerszeresére változtatható; a közbenső tükör gyújtótávolságának változtatásával ugyanannak a mintának az apró részein elektronmikroszkópos képeket és elektrondiffrakciós képeket kaphatunk. Vastagabb fémszelet minták vizsgálatára a francia Dulos Electron Optics Laboratory kifejlesztett egy 3500 kV-os gyorsítófeszültségű ultra-nagyfeszültségű elektronmikroszkópot.
A pásztázó elektronmikroszkóp elektronsugara nem halad át a mintán, hanem csak a minta felületén lévő másodlagos elektronokat pásztázza és gerjeszti. A minta mellett elhelyezett szcintillációs kristály fogadja ezeket a másodlagos elektronokat, erősíti és modulálja a képcső elektronnyaláb intenzitását, ezáltal megváltoztatja a képcső képernyőjének fényerejét. A képcső eltérítő tekercse szinkron pásztázást tart az elektronsugárral a minta felületén, így a képcső fluoreszkáló képernyője megjeleníti a minta felületének topográfiai képét, ami hasonló az ipari TV működési elveihez. .
A pásztázó elektronmikroszkóp felbontását elsősorban a minta felületén lévő elektronnyaláb átmérője határozza meg. A nagyítás a képcső pásztázási amplitúdójának és a mintán lévő pásztázási amplitúdó aránya, amely folyamatosan változtatható tízszeresről százezerszeresére. A pásztázó elektronmikroszkópia nem igényel túl vékony mintákat; a képnek erős háromdimenziós hatása van; olyan információkat tud felhasználni, mint a másodlagos elektronok, az elnyelt elektronok és az elektronsugarak és anyagok kölcsönhatása által generált röntgensugárzás az anyagok összetételének elemzéséhez.
A pásztázó elektronmikroszkóp elektronágyúja és kondenzátorlencséje nagyjából megegyezik a transzmissziós elektronmikroszkópéval, de az elektronnyaláb vékonyabbá tétele érdekében a kondenzátorlencse alá egy objektívlencsét és egy asztigmatizálót helyeznek, és két készlet egymásra merőleges pásztázó nyalábokat helyeznek el az objektív belsejében. tekercs. Az objektívlencse alatti mintakamra mozgatható, forgatható és dönthető mintaasztallal van felszerelve.
Az elektronmikroszkópok felhasználása
Az elektronmikroszkópok felépítésük és felhasználásuk szerint transzmissziós elektronmikroszkópokra, pásztázó elektronmikroszkópokra, reflexiós elektronmikroszkópokra és emissziós elektronmikroszkópokra oszthatók. Transzmissziós elektronmikroszkópokat gyakran használnak olyan finom anyagszerkezetek megfigyelésére, amelyeket közönséges mikroszkópokkal nem lehet felbontani; a pásztázó elektronmikroszkópokat főként szilárd felületek morfológiájának megfigyelésére használják, és kombinálhatók röntgendiffraktométerekkel vagy elektronenergia-spektrométerekkel is, így elektronikus mikroszondákat hoznak létre az anyagösszetétel elemzéséhez; emissziós elektronmikroszkópia önkibocsátó elektronfelületek tanulmányozására.
A transzmissziós elektronmikroszkóp nevét arról kapta, hogy az elektronsugár áthatol a mintán, majd az elektronlencsével felnagyítja a képet. Optikai útja hasonló az optikai mikroszkópéhoz. Az ilyen típusú elektronmikroszkópban a képrészletek kontrasztja az elektronnyalábnak a minta atomjai általi szórásával jön létre. A minta vékonyabb vagy kisebb sűrűségű részén kisebb az elektronsugár szórása, így több elektron halad át az objektív membránon és vesz részt a képalkotásban, és világosabbnak tűnik a képen. Ezzel szemben a minta vastagabb vagy sűrűbb részei sötétebbnek tűnnek a képen. Ha a minta túl vastag vagy túl sűrű, akkor a kép kontrasztja romlik, sőt az elektronsugár energiájának elnyelésével megsérül vagy tönkremegy.
