Переваги електронних мікроскопів перед оптичними
Електронний мікроскоп — це прилад, який використовує електронний промінь та електронну лінзу замість світлового променя та оптичної лінзи відповідно до принципу електронної оптики, завдяки чому тонка структура матеріалу відображається під дуже великим збільшенням.
Роздільна здатність електронного мікроскопа виражається через невелику відстань між двома сусідніми точками, яку він може розділити. У 1970с роздільна здатність просвічуючого електронного мікроскопа становила близько 0,3 нанометра (роздільна здатність людського ока становить близько 0,1 міліметра). Сьогодні велике збільшення електронного мікроскопа становить понад 3 мільйони разів, тоді як велике збільшення оптичного мікроскопа становить приблизно 2, 000 рази, тому електронний мікроскоп може безпосередньо спостерігати атоми та кристали певних важких металів у акуратно організована атомна точкова матриця.
У 1931 році німецькі фірми Кнорр і Руска за допомогою джерела електронів із холодним катодом і трьома електронними лінзами модифікували високовольтний осцилограф і отримали збільшення зображення більш ніж у десяток разів, підтверджуючи можливість збільшення зображення за допомогою електронного мікроскопа. У 1932 році, після вдосконалення Ruska, роздільна здатність електронного мікроскопа досягла 50 нанометрів, що приблизно в 10 разів перевищувало роздільну здатність оптичного мікроскопа того часу, і тому електронний мікроскоп почав привертати увагу людей.
У 1940-х роках Хілл зі Сполучених Штатів використовував диспергатор для компенсації обертальної асиметрії електронної лінзи, так що роздільна здатність електронного мікроскопа мала новий прорив і поступово досягла сучасного рівня. У Китаї в 1958 році була успішна розробка трансмісійного електронного мікроскопа з роздільною здатністю 3 нанометри, а в 1979 році роздільна здатність широкомасштабного електронного мікроскопа досягла 0,3 нанометра.
Хоча роздільна здатність електронного мікроскопа була набагато кращою, ніж оптичного мікроскопа, але електронний мікроскоп повинен працювати в умовах вакууму, тому важко спостерігати за живими організмами, і опромінення електронним пучком зробить біологічні зразки ураження опроміненням. Інші проблеми, такі як яскравість електронної гармати та покращення якості електронної лінзи, також потребують продовження вивчення.
Роздільна здатність є важливим показником електронного мікроскопа, який пов'язаний з кутом падіння конуса і довжиною хвилі електронного променя, що проходить через зразок. Довжина хвилі видимого світла становить близько {{0}} нм, а довжина хвилі електронного променя пов’язана з прискорювальною напругою. Коли прискорювальна напруга становить від 50 до 100 кВ, довжина хвилі електронного променя становить приблизно 0,0053-0,0037 нм. Оскільки довжина хвилі електронного пучка набагато менша за довжину хвилі видимого світла, то навіть якщо кут конуса електронного променя становить лише 1% оптичного мікроскопа, роздільна здатність електронного мікроскопа все одно набагато краща, ніж оптичного мікроскопа. .
Електронний мікроскоп складається з трьох частин: дзеркальної труби, вакуумної системи та блоку живлення. Ствол в основному має електронну гармату, електронну лінзу, тримач зразка, флуоресцентний екран і механізм камери та інші компоненти, ці компоненти зазвичай збираються зверху вниз у колону; вакуумна система складається з механічного вакуумного насоса, дифузійного насоса та вакуумних клапанів тощо, а через насосний трубопровід з’єднаний зі стовбуром дзеркала; Шафа живлення складається з генератора високої напруги, стабілізатора струму збудження і ряду блоків регулювання.
Електронна лінза є важливою частиною стовбура електронного мікроскопа, вона симетрична до осі стовбура просторового електричного поля або магнітного поля, так що електрон трек до осі формування фокусування ролі опуклого скла лінза для фокусування пучка світла подібна до ролі лінзи, тому її називають електронною лінзою. У більшості сучасних електронних мікроскопів використовуються електромагнітні лінзи за допомогою дуже стабільного постійного струму збудження через котушку з полюсним башмаком, що створюється сильним магнітним полем для фокусування електронів.
Електронна гармата - це компонент, що складається з вольфрамового гарячого катода, затвора та катода. Він випромінює і формує електронний промінь з рівномірною швидкістю, тому стабільність прискорювальної напруги повинна бути не менше однієї десятитисячної.
Електронні мікроскопи можна розділити на просвічуючі електронні мікроскопи, скануючі електронні мікроскопи, відбивні електронні мікроскопи та емісійні електронні мікроскопи відповідно до їх будови та використання. Трансмісійний електронний мікроскоп часто використовується для спостереження за тими, хто за допомогою звичайних мікроскопів не може розрізнити тонку структуру матеріалу; скануючий електронний мікроскоп в основному використовується для спостереження за морфологією твердої поверхні, але також з рентгенівським дифрактометром або електронним спектрометром, об’єднаним для формування електронного мікрозонда, який використовується для аналізу складу матеріалу; емісійний електронний мікроскоп для дослідження поверхні самовипромінювання електронів.
