Elektronmikroskop sammensetning
Sammensetning av elektronmikroskop
Hovedkomponentene i er:
Elektronkilde: En katode som frigjør frie elektroner, og en ringformet anode som akselererer elektroner. Spenningsforskjellen mellom katoden og anoden må være svært høy, typisk mellom tusenvis av volt og 3 millioner volt.
Elektron: Brukes til å fokusere elektroner. Vanligvis brukes magnetiske linser, og noen ganger brukes elektrostatiske linser. Funksjonen til en elektronlinse er den samme som en optisk linse i et optisk mikroskop. Fokuset til en optisk linse er fast, mens fokuset til en elektronisk linse kan justeres, slik at et elektronisk mikroskop ikke har et bevegelig linsesystem som et optisk mikroskop.
Vakuumenhet: En vakuumenhet som brukes til å opprettholde en vakuumtilstand i et mikroskop, slik at elektroner ikke absorberes eller avbøyes i deres vei.
Prøvestativ: Prøven kan plasseres stabilt på prøvestativet. I tillegg er det ofte enheter som kan brukes til å endre prøven (som flytting, rotering, oppvarming, avkjøling, strekking, etc.).
Detektor: Et signal eller sekundært signal som brukes til å samle elektroner. Projeksjonen av en prøve kan oppnås direkte ved hjelp av et transmisjonselektronmikroskop (TEM). I dette mikroskopet passerer elektroner gjennom prøven, så prøven må være veldig tynn. Atomvekten til atomene som utgjør prøven, spenningen til de akselererende elektronene og ønsket oppløsning bestemmer tykkelsen på prøven. Tykkelsen på prøven kan variere fra noen få nanometer til noen få mikron. Jo høyere atomvekt og jo lavere spenning, jo tynnere må prøven være.
Ved å endre objektivsystemet til objektivlinsen kan man direkte forstørre bildet av fokuspunktet til objektivlinsen. Fra dette kan man få elektrondiffraksjonsbilder. Ved å bruke dette bildet kan du analysere krystallstrukturen til prøven.
I Energy Filtered Transmission Electron Microscope (EFTEM) måler folk hastighetsendringen til elektroner når de passerer gjennom prøven. Fra dette kan vi utlede den kjemiske sammensetningen av prøven, for eksempel fordelingen av kjemiske elementer i prøven.
Utviklingskurset for elektronmikroskop
I 1931 modifiserte M. Noel og E. Ruska fra Tyskland et høyspenningsoscilloskop med en kaldkatodeutladningselektronkilde og tre elektronlinser, og fikk bilder som ble forstørret med mer enn ti ganger. De oppfant et transmisjonselektronmikroskop, som bekrefter muligheten for forstørrelsesavbildning med et elektronmikroskop. I 1932, etter Ruskas forbedring, nådde oppløsningsevnen til elektronmikroskopet 50 nanometer, omtrent ti ganger oppløsningsevnen til det optiske mikroskopet på den tiden, og brøt oppløsningsgrensen for det optiske mikroskopet. Derfor begynte elektronmikroskopet å få oppmerksomhet. På 1940-tallet brukte Hill i USA en astigmatisator for å kompensere for rotasjonsasymmetrien til elektronlinsen, og gjorde et nytt gjennombrudd i oppløsningen til elektronmikroskopet og nådde gradvis et moderne nivå. I Kina ble et transmisjonselektronmikroskop med en oppløsning på 3 nanometer med suksess utviklet i 1958. I 1979 ble det utviklet et stort elektronmikroskop med en oppløsning på 0,3 nanometer.
Konstruksjonsprinsipp for elektronmikroskop
Elektronmikroskopet består av en linsehylse, et vakuumsystem og et strømskap. Linserøret inkluderer hovedsakelig komponenter som en elektronkanon, en elektronlinse, en prøveholder, en fluorescerende skjerm og en fotografisk mekanisme. Disse komponentene er vanligvis satt sammen til en kolonne fra topp til bunn; Vakuumsystemet består av en mekanisk vakuumpumpe, en diffusjonspumpe, en vakuumventil osv., og er koblet til linserøret gjennom et luftavsugsrør; Strømskapet er sammensatt av en høyspenningsgenerator, en magnetiseringsstrømstabilisator og ulike justerings- og kontrollenheter.
Elektronlinsen er den viktigste komponenten i linsehylsen til et elektronmikroskop. Den bruker et romlig elektrisk eller magnetisk felt som er symmetrisk til aksen til linserøret for å bøye elektronbanen mot aksen for å danne et fokus. Dens funksjon ligner på en konveks glasslinse for å fokusere lysstrålen, så den kalles en elektronlinse. De fleste moderne elektronmikroskoper bruker elektromagnetiske linser, som fokuserer elektroner med et sterkt magnetfelt generert av en stabil DC-eksitasjonsstrøm som flyter gjennom en spole med polsko.
Elektronpistolen er en komponent som består av en wolframtråd varm katode, en portelektrode og en katode. Den kan sende ut og danne en elektronstråle med ensartet hastighet, så stabiliteten til akselerasjonsspenningen må ikke være mindre enn 1/10000.
