A pásztázó elektronmikroszkóp elve és felépítése
Pásztázó elektronmikroszkóp, a pásztázó elektronmikroszkóp teljes neve, angolul pásztázó elektronmikroszkóp (SEM), egy elektronikus optikai műszer, amelyet tárgyak felületi szerkezetének megfigyelésére használnak.
1. A pásztázó elektronmikroszkóp elve
A pásztázó elektronmikroszkópok gyártása az elektronok anyaggal való kölcsönhatásán alapul. Amikor nagy energiájú emberi elektronok nyalábja bombázza az anyag felületét, a gerjesztési tartomány másodlagos elektronokat, Auger-elektronokat, karakterisztikus röntgen- és kontinuum röntgensugarakat, visszaszórt elektronokat, transzmissziós elektronokat és elektromágneses sugárzást állít elő a látható, ultraibolya sugárzásban. és infravörös régiók. . Ugyanakkor elektron-lyuk párok, rácsrezgések (fononok) és elektronoszcillációk (plazmonok) is létrehozhatók. Például a másodlagos elektronok és a visszaszórt elektronok összegyűjtése információkat szerezhet az anyag mikroszkópos morfológiájáról; a röntgenfelvételek gyűjtése információkat szerezhet az anyag kémiai összetételéről. A pásztázó elektronmikroszkópok úgy működnek, hogy a mintát rendkívül finom elektronsugárral pásztázzák, a minta felületén másodlagos elektronokat gerjesztenek. Az elsőrendű elektronokat a detektor összegyűjti, az ott található szcintillátor optikai jelekké alakítja, majd fotosokszorozó csövek és erősítők elektromos jelekké alakítják, amelyek szabályozzák az elektronsugár intenzitását a foszfor képernyőn, és megjelenítik a szkennelt képet. szinkronban az elektronsugárral. A képek háromdimenziós képek, amelyek a minta felületi szerkezetét tükrözik.
2. A pásztázó elektronmikroszkóp felépítése
(1) Lencsecső
A lencsecső tartalmazza az elektronpisztolyt, a kondenzátorlencsét, az objektívlencsét és a letapogató rendszert. Szerepe az, hogy rendkívül finom (körülbelül néhány nanométer átmérőjű) elektronnyalábot generáljon, amely a minta felületét pásztázza, miközben különféle jeleket gerjeszt.
(2) Elektronikus jelgyűjtő és -feldolgozó rendszer
A mintakamrában a pásztázó elektronsugár kölcsönhatásba lép a mintával, és különféle jeleket generál, beleértve a másodlagos elektronokat, a visszaszórt elektronokat, a röntgensugárzást, az elnyelt elektronokat, az orosz (Auger) elektronokat stb. A fent említett jelek közül a legfontosabbak a szekunder elektronok, amelyek a minta atomjaiban beeső elektronok által gerjesztett külső elektronok, amelyek a minta felszíne alatt több nanométertől több tíz nanométerig terjedő tartományban keletkeznek. A keletkezési sebességet elsősorban a minta morfológiája és összetétele határozza meg. A pásztázó elektronmikroszkópos kép általában a másodlagos elektronképre utal, amely a leghasznosabb elektronikus jel a minta felszíni topográfiájának tanulmányozására. A detektor szondája, amely a szekunder elektronokat érzékeli, a szcintillátor. Amikor az elektronok eltalálják a szcintillátort, fény keletkezik a szcintillátorban. Ez a fény a fénycsövön keresztül a fénysokszorozó csőhöz jut, amely a fényjelet áramjellé alakítja, majd az előerősítésen és a videoerősítésen keresztül az áramjelet feszültségjellé alakítja, amely végül a fényjelet továbbítja a képcső.
(3) Elektronikus jelkijelző és rögzítő rendszer
A pásztázó elektronmikroszkóp képei katódsugárcsövön (képcső) jelennek meg, és egy kamera rögzíti. Kétféle képcső létezik, az egyik megfigyelésre szolgál, kisebb felbontású, és egy hosszú utánvilágító cső; a másikat fényképezésre használják, és nagyobb felbontású, és egy rövid utófénycső.
(4) Vákuumrendszer és áramellátó rendszer
A pásztázó elektronmikroszkóp vákuumrendszere egy mechanikus pumpából és egy olajdiffúziós szivattyúból áll. Az áramellátó rendszer biztosítja az egyes komponensekhez szükséges specifikus teljesítményt.
3. A pásztázó elektronmikroszkóp célja
A pásztázó elektronmikroszkópok legalapvetőbb feladata a különböző szilárd minták felületének nagy felbontású megfigyelése. A nagy mélységélességű képek a pásztázó elektronmikroszkópos megfigyelések jellemzői, mint például: biológia, botanika, geológia, kohászat stb. A megfigyelések lehetnek mintafelületek, vágási felületek vagy keresztmetszetek. A kohászok szívesen látják közvetlenül az érintetlen vagy kopott felületeket. Könnyen tanulmányozza az oxidfelületeket, a kristálynövekedést vagy a korróziós hibákat. Egyrészt közvetlenebbül tudja vizsgálni a papír, textil, természetes vagy feldolgozott fa finomszerkezetét, a biológusok pedig kisméretű, sérülékeny minták szerkezetét vizsgálhatják. Például: pollenrészecskék, kovamoszatok és rovarok. Másrészt a minta felületének megfelelő háromdimenziós képeket készíthet. A pásztázó elektronmikroszkópia széles körben alkalmazható szilárd anyagok tanulmányozásában, és összehasonlítható más műszerekkel. Szilárd anyagok teljes jellemzésére, pásztázó elektronmikroszkóppal.
