Az elektronmikroszkóp összetétele
Az elektronmikroszkóp összetétele
A fő összetevők a következők:
Elektronforrás: egy katód, amely szabad elektronokat szabadít fel, és egy gyűrű alakú anód, amely gyorsítja az elektronokat. A katód és az anód közötti feszültségkülönbségnek nagyon nagynak kell lennie, jellemzően több ezer volt és 3 millió volt között.
Elektron: Elektronok fókuszálására használják. Általában mágneses lencséket, néha elektrosztatikus lencséket használnak. Az elektronlencse funkciója megegyezik az optikai mikroszkóp optikai lencséjével. Az optikai lencse fókusza fix, míg az elektronikus lencsék fókusza állítható, így az elektronikus mikroszkópnak nincs olyan mozgatható lencserendszere, mint az optikai mikroszkópnak.
Vákuumos eszköz: Vákuumos készülék, amely a mikroszkópon belüli vákuum állapot fenntartására szolgál, hogy az elektronok ne nyeljék el vagy ne térjenek el útjuk során.
Mintatartó állvány: A minta stabilan elhelyezhető a mintatartó állványon. Emellett gyakran léteznek olyan eszközök, amelyekkel a mintát lehet változtatni (például mozgatni, forgatni, melegíteni, hűteni, nyújtani stb.).
Detektor: Elektronok gyűjtésére használt jel vagy másodlagos jel. A minta vetülete transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM) közvetlenül is megkapható. Ebben a mikroszkópban az elektronok áthaladnak a mintán, ezért a mintának nagyon vékonynak kell lennie. A mintát alkotó atomok atomtömege, a gyorsuló elektronok feszültsége és a kívánt felbontás határozza meg a minta vastagságát. A minta vastagsága néhány nanométertől néhány mikronig terjedhet. Minél nagyobb az atomtömeg és minél kisebb a feszültség, annál vékonyabbnak kell lennie a mintának.
Az objektív lencserendszerének megváltoztatásával közvetlenül nagyítható az objektív fókuszpontjának képe. Ebből elektrondiffrakciós képeket kaphatunk. Ezzel a képpel elemezhető a minta kristályszerkezete.
Az energiaszűrt transzmissziós elektronmikroszkópban (EFTEM) az emberek mérik az elektronok sebességváltozását, amint áthaladnak a mintán. Ebből következtethetünk a minta kémiai összetételére, például a kémiai elemek mintán belüli eloszlására.
Az elektronmikroszkóp fejlesztési pályája
1931-ben a német M. Noel és E. Ruska módosított egy nagyfeszültségű oszcilloszkópot hidegkatódos kisülésű elektronforrással és három elektronlencsével, és több mint tízszeresére nagyított képeket készítettek. Feltaláltak egy transzmissziós elektronmikroszkópot, megerősítve az elektronmikroszkópos nagyítás lehetőségét. 1932-ben Ruska fejlesztése után az elektronmikroszkóp felbontási képessége elérte az 50 nanométert, ami körülbelül tízszerese az akkori optikai mikroszkóp felbontási képességének, áttörve az optikai mikroszkóp felbontási határát. Ezért az elektronmikroszkóp elkezdett figyelmet kapni. Az 1940-es években az egyesült államokbeli Hill asztigmatizálót használt az elektronlencse forgási aszimmetriájának kompenzálására, ami új áttörést hozott az elektronmikroszkóp felbontásában, és fokozatosan elérte a modern szintet. Kínában 1958-ban sikeresen kifejlesztettek egy 3 nanométeres felbontású transzmissziós elektronmikroszkópot. 1979-ben egy nagyméretű, 0,3 nanométeres felbontású elektronmikroszkópot fejlesztettek ki.
Az elektronmikroszkóp felépítési elve
Az elektronmikroszkóp egy lencsecsőből, egy vákuumrendszerből és egy tápegységből áll. Az objektívcső főleg olyan alkatrészeket tartalmaz, mint az elektronágyú, az elektronlencse, a mintatartó, a fluoreszkáló képernyő és a fényképező mechanizmus. Ezeket az alkatrészeket általában fentről lefelé oszlopba szerelik össze; A vákuumrendszer egy mechanikus vákuumszivattyúból, egy diffúziós szivattyúból, egy vákuumszelepből stb. áll, és egy légelszívó csövön keresztül csatlakozik a lencsecsőhöz; A tápszekrény egy nagyfeszültségű generátorból, egy gerjesztőáram-stabilizátorból, valamint különböző beállító- és vezérlőegységekből áll.
Az elektronlencse az elektronmikroszkóp lencsecsőjének legfontosabb eleme. A lencsecső tengelyére szimmetrikus térbeli elektromos vagy mágneses mezőt használ az elektronpályát a tengely felé hajlításához, hogy fókuszt képezzen. Funkciója hasonló a fénysugár fókuszálására szolgáló üvegkonvex lencsékéhez, ezért elektronlencsének nevezik. A legtöbb modern elektronmikroszkóp elektromágneses lencséket használ, amelyek a pólussarukkal ellátott tekercsen átfolyó stabil egyenáramú gerjesztőáram által generált erős mágneses térrel fókuszálják az elektronokat.
Az elektronágyú egy volfrámhuzal forró katódból, egy kapuelektródából és egy katódból álló alkatrész. Egyenletes sebességű elektronsugarat tud kibocsátani és alkotni, ezért a gyorsítófeszültség stabilitása nem lehet kisebb, mint 1/10000.
