Sammensetning av elektronmikroskop Utvikling Historien om elektronmikroskop
Komponenter i et elektronmikroskop
Elektronkilde: Det er en katode som frigjør frie elektroner, og en ringformet anode akselererer elektroner. Spenningsforskjellen mellom katoden og anoden må være svært høy, typisk mellom flere tusen volt og tre millioner volt.
Elektroner: Brukes til å fokusere elektroner. Vanligvis brukes magnetiske linser, og noen ganger brukes også elektrostatiske linser. Funksjonen til elektronlinsen er den samme som den optiske linsen i det optiske mikroskopet. Fokuset til den optiske linsen er fast, men fokuset til den elektroniske linsen kan justeres, slik at elektronmikroskopet ikke har et bevegelig linsesystem som et optisk mikroskop.
Vakuumanordning: Vakuumanordningen brukes til å sikre vakuumtilstanden inne i mikroskopet, slik at elektroner ikke vil bli absorbert eller avbøyd på deres vei.
Prøveholder: Prøver kan plasseres stabilt på prøveholderen. I tillegg er det ofte enheter som kan brukes til å endre prøven (som å flytte, rotere, varme, avkjøle, forlenge, etc.).
Detektor: Et signal eller sekundært signal som brukes til å samle elektroner. Projeksjonen av en prøve kan oppnås direkte ved å bruke et transmisjonselektronmikroskop (Transmission Electron Microscopy TEM). Elektroner passerer gjennom prøven i dette mikroskopet, så prøven må være veldig tynn. Atomvekten til atomene som utgjør prøven, spenningen som elektronene akselereres med, og ønsket oppløsning bestemmer tykkelsen på prøven. Tykkelsen på prøven kan variere fra noen få nanometer til noen få mikrometer. Jo høyere atommasse og jo lavere spenning, jo tynnere må prøven være.
Ved å endre objektivsystemets linsesystem kan man direkte forstørre bildet ved objektivets brennpunkt. Fra dette kan man få elektrondiffraksjonsbilder. Ved å bruke dette bildet kan krystallstrukturen til prøven analyseres.
Sammensetningsprinsippet for elektronmikroskop
Elektronmikroskop består av tre deler: linsehylse, vakuumsystem og strømforsyningsskap. Linserøret inkluderer hovedsakelig elektronkanoner, elektronlinser, prøveholdere, fluorescerende skjermer og kameramekanismer. Disse komponentene er vanligvis satt sammen til en kolonne fra topp til bunn; Vakuumsystemet består av mekaniske vakuumpumper, diffusjonspumper og vakuumventiler. Gassrørledningen er forbundet med linsehylsen; strømskapet består av en høyspenningsgenerator, en magnetiseringsstrømstabilisator og ulike justeringskontrollenheter.
Elektronlinsen er den viktigste delen av elektronmikroskopets linsehylse. Den bruker et romelektrisk felt eller magnetfelt symmetrisk til aksen til linsehylsen for å bøye elektronsporet til aksen for å danne et fokus. Dens funksjon ligner på en konveks glasslinse for å fokusere strålen, så den kalles elektron. linse. De fleste moderne elektronmikroskoper bruker elektromagnetiske linser, som fokuserer elektroner gjennom et sterkt magnetfelt generert av en meget stabil likestrømseksitasjonsstrøm som går gjennom en spole med polsko.
Elektronkanonen er en komponent som består av en wolframfilament varm katode, et gitter og en katode. Den kan sende ut og danne en elektronstråle med ensartet hastighet, så stabiliteten til akselerasjonsspenningen må ikke være mindre enn en ti tusendel.
Elektronmikroskoper kan deles inn i transmisjonselektronmikroskoper, skanningelektronmikroskoper, refleksjonselektronmikroskoper og emisjonselektronmikroskoper i henhold til deres strukturer og bruksområder. Transmisjonselektronmikroskoper brukes ofte for å observere de fine materialstrukturene som ikke kan løses med vanlige mikroskoper; skanningselektronmikroskoper brukes hovedsakelig for å observere morfologien til faste overflater, og kan også kombineres med røntgendiffraktometre eller elektronenergispektrometre for å danne elektroniske Mikrosfærene dannes ved spredning av elektronstrålen av atomene i prøven. Den tynnere eller lavere tetthetsdelen av prøven har mindre elektronstrålespredning, slik at flere elektroner passerer gjennom den objektive diafragmaen og deltar i avbildning, og fremstår lysere i bildet. Omvendt ser tykkere eller tettere deler av prøven mørkere ut i bildet. Hvis prøven er for tykk eller for tett, vil kontrasten i bildet forringes, eller til og med bli skadet eller ødelagt ved å absorbere energien til elektronstrålen.
Toppen av transmisjonselektronmikroskoplinseløpet er en elektronkanon. Elektronene sendes ut av den varme wolframkatoden, og elektronstrålene fokuseres av den første og andre kondensatoren. Etter å ha passert gjennom prøven, blir elektronstrålen avbildet på det mellomliggende speilet av objektivlinsen, og deretter forstørret trinnvis gjennom det mellomliggende speilet og projeksjonsspeilet, og deretter avbildet på den fluorescerende skjermen eller den fotokoherente platen.
Forstørrelsen av det mellomliggende speilet kan kontinuerlig endres fra dusinvis av ganger til hundretusenvis av ganger, hovedsakelig gjennom justering av eksitasjonsstrømmen; ved å endre brennvidden til det mellomliggende speilet, kan elektronmikroskopiske bilder og elektrondiffraksjonsbilder oppnås på de små delene av samme prøve. For å studere tykkere metallskiveprøver utviklet det franske Dulos Electron Optics Laboratory et ultrahøyspent elektronmikroskop med en akselererende spenning på 3500 kV.
Elektronstrålen til skanningselektronmikroskopet passerer ikke gjennom prøven, men skanner og eksiterer bare sekundære elektroner på overflaten av prøven. Scintillasjonskrystallen plassert ved siden av prøven mottar disse sekundære elektronene, forsterker og modulerer elektronstråleintensiteten til bilderøret, og endrer derved lysstyrken på skjermen til bilderøret. Avbøyningsspolen til bilderøret holder synkron skanning med elektronstrålen på overflaten av prøven, slik at den fluorescerende skjermen til bilderøret viser det topografiske bildet av prøveoverflaten, som ligner arbeidsprinsippet til en industriell TV .
Oppløsningen til et skanningselektronmikroskop bestemmes hovedsakelig av diameteren til elektronstrålen på prøveoverflaten. Forstørrelsen er forholdet mellom skanningsamplituden på bilderøret og skanningsamplituden på prøven, som kontinuerlig kan endres fra titalls ganger til hundretusenvis av ganger. Skanneelektronmikroskopi krever ikke veldig tynne prøver; bildet har en sterk tredimensjonal effekt; den kan bruke informasjon som sekundære elektroner, absorberte elektroner og røntgenstråler generert av samspillet mellom elektronstråler og stoffer for å analysere sammensetningen av stoffer.
Elektronkanonen og kondensatorlinsen til skanningselektronmikroskopet er omtrent de samme som transmisjonselektronmikroskopet, men for å gjøre elektronstrålen tynnere legges en objektivlinse og en astigmatisator under kondensatorlinsen, og to sett med gjensidig vinkelrette skannestråler er installert inne i objektivlinsen. Spole. Prøvekammeret under objektivlinsen er utstyrt med et prøvetrinn som kan bevege seg, rotere og vippe.
Bruk av elektronmikroskoper
Elektronmikroskoper kan deles inn i transmisjonselektronmikroskoper, skanningelektronmikroskoper, refleksjonselektronmikroskoper og emisjonselektronmikroskoper i henhold til deres strukturer og bruksområder. Transmisjonselektronmikroskoper brukes ofte for å observere de fine materialstrukturene som ikke kan løses med vanlige mikroskoper; skanningselektronmikroskoper brukes hovedsakelig for å observere morfologien til faste overflater, og kan også kombineres med røntgendiffraktometre eller elektronenergispektrometre for å danne elektroniske mikroprober for materialsammensetningsanalyse; emisjonselektronmikroskopi for studiet av selvemitterende elektronoverflater.
Transmisjonselektronmikroskopet er oppkalt etter at elektronstrålen trenger inn i prøven og deretter forstørrer bildet med elektronlinsen. Dens optiske vei er lik den til et optisk mikroskop. I denne typen elektronmikroskop skapes kontrasten i bildedetaljer ved spredning av elektronstrålen av atomene i prøven. Den tynnere eller lavere tetthetsdelen av prøven har mindre elektronstrålespredning, slik at flere elektroner passerer gjennom den objektive diafragmaen og deltar i avbildning, og fremstår lysere i bildet. Omvendt ser tykkere eller tettere deler av prøven mørkere ut i bildet. Hvis prøven er for tykk eller for tett, vil kontrasten i bildet forringes, eller til og med bli skadet eller ødelagt ved å absorbere energien til elektronstrålen.
