Prinsippet og strukturen til skanningselektronmikroskop
Skanneelektronmikroskop, det fulle navnet på skanningselektronmikroskop, engelsk er skanningselektronmikroskop (SEM), er et elektronisk optisk instrument som brukes til å observere overflatestrukturen til objekter.
1. Prinsippet for skanningselektronmikroskop
Produksjonen av skanningselektronmikroskoper er basert på samspillet mellom elektroner og materie. Når en stråle med høyenergielektroner bombarderer overflaten av et materiale, produserer eksitasjonsområdet sekundære elektroner, Auger-elektroner, karakteristiske røntgen- og kontinuum-røntgenstråler, tilbakespredte elektroner, transmisjonselektroner og elektromagnetisk stråling i det synlige, ultrafiolette , og infrarøde områder. . Samtidig kan elektron-hullpar, gittervibrasjoner (fononer) og elektronoscillasjoner (plasmoner) også genereres. For eksempel kan innsamling av sekundære elektroner og tilbakespredte elektroner få informasjon om materialets mikroskopiske morfologi; innsamling av røntgenstråler kan få informasjon om materialets kjemiske sammensetning. Skanneelektronmikroskoper fungerer ved å skanne en prøve med en ekstremt fin elektronstråle, spennende sekundære elektroner på overflaten av prøven. De første ordens elektronene samles opp av detektoren, omdannes til optiske signaler av scintillatoren der, og deretter omdannes til elektriske signaler av fotomultiplikatorrør og forsterkere, som kontrollerer intensiteten til elektronstrålen på fosforskjermen, og viser det skannede bildet. i synkronisering med elektronstrålen. Bildene er tredimensjonale bilder som gjenspeiler overflatestrukturen til prøven.
2. Strukturen til et skanningselektronmikroskop
(1) Linsehylse
Linserøret inkluderer elektronkanon, kondensatorlinse, objektivlinse og skanningssystem. Dens rolle er å generere en ekstremt fin elektronstråle (omtrent noen få nanometer i diameter) som skanner overflaten av prøven mens den spennende forskjellige signaler.
(2) System for elektronisk signalinnsamling og prosessering
I prøvekammeret samhandler skanningselektronstrålen med prøven for å generere en rekke signaler, inkludert sekundære elektroner, tilbakespredte elektroner, røntgenstråler, absorberte elektroner, russiske (Auger) elektroner og mer. Blant de ovennevnte signalene er de viktigste sekundære elektroner, som er ytre elektroner som eksiteres av innfallende elektroner i prøveatomene, og som genereres i området flere nanometer til titalls nanometer under prøveoverflaten. Generasjonshastigheten bestemmes hovedsakelig av prøvens morfologi og sammensetning. Skanneelektronmikroskopbildet refererer vanligvis til det sekundære elektronbildet, som er det mest nyttige elektroniske signalet for å studere overflatetopografien til prøven. Sonden til detektoren som oppdager sekundærelektronene er scintillatoren. Når elektronene treffer scintillatoren, genereres lys i scintillatoren. Dette lyset sendes gjennom lysrøret til fotomultiplikatorrøret, som konverterer lyssignalet til et strømsignal, som deretter sendes gjennom Preamplification og videoforsterkning konverterer strømsignalet til et spenningssignal, som til slutt sendes til nettet til bilderør.
(3) Elektronisk signalvisning og opptakssystem
Skanneelektronmikroskopbilder vises på et katodestrålerør (bilderør) og tas opp av et kamera. Det finnes to typer bilderør, det ene brukes til observasjon og har lavere oppløsning og er et langt etterglødende rør; den andre brukes til fotografisk opptak og har høyere oppløsning og er et kort ettergløderør.
(4) Vakuumsystem og strømforsyningssystem
Vakuumsystemet til skanningselektronmikroskopet består av en mekanisk pumpe og en oljediffusjonspumpe. Strømforsyningssystemet gir den spesifikke kraften som kreves av hver komponent.
3. Hensikten med skanningselektronmikroskop
Den mest grunnleggende funksjonen til skanning av elektronmikroskoper er å observere overflatene til forskjellige faste prøver med høy oppløsning. Bilder med store dybdeskarphet er et trekk ved observasjoner med skanningselektronmikroskop, slik som: biologi, botanikk, geologi, metallurgi osv. Observasjoner kan være prøveoverflater, kuttflater eller tverrsnitt. Metallurger ser gjerne uberørte eller slitte overflater direkte. Studer enkelt oksidoverflater, krystallvekst eller korrosjonsfeil. På den ene siden kan den mer direkte undersøke den fine strukturen til papir, tekstiler, naturlig eller bearbeidet tre, og biologer kan bruke den til å studere strukturen til små, skjøre prøver. For eksempel: pollenpartikler, kiselalger og insekter. På den annen side kan den ta tredimensjonale bilder som tilsvarer overflaten av prøven. Skanneelektronmikroskopi har et bredt spekter av bruksområder i studiet av faste materialer, og kan sammenlignes med andre instrumenter. For fullstendig karakterisering av faste materialer, skanningselektronmikroskopi.
