A mikroszkópos képalkotás alapelvei
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 elektronlencsének nevezik. 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; 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.
A transzmissziós elektronmikroszkóp oszlop teteje az elektronágyú, az elektronokat a volfrám forrókatód bocsátja ki, az elektronsugarat pedig két kondenzátortükör 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, tízszeresről 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 szerkezetének sematikus diagramja
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 az anyagok közötti kölcsönhatás 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
