Композиція електронного мікроскопа
Склад електронного мікроскопа
Основними компонентами є:
Джерело електронів: катод, який вивільняє вільні електрони, і кільцеподібний анод, який прискорює електрони. Різниця напруг між катодом і анодом має бути дуже високою, як правило, від тисяч вольт до 3 мільйонів вольт.
Електрон: використовується для фокусування електронів. Як правило, використовуються магнітні лінзи, а іноді електростатичні лінзи. Функція електронної лінзи така ж, як і оптичної лінзи в оптичному мікроскопі. Фокус оптичної лінзи є фіксованим, тоді як фокус електронної лінзи можна регулювати, тому електронний мікроскоп не має рухомої системи лінз, як оптичний мікроскоп.
Вакуумний пристрій: вакуумний пристрій, який використовується для підтримки стану вакууму в мікроскопі, щоб електрони не поглиналися та не відхилялися на своєму шляху.
Стелаж для зразків: зразок можна стабільно розмістити на штативі для зразків. Крім того, часто існують пристрої, які можна використовувати для зміни зразка (наприклад, переміщення, обертання, нагрівання, охолодження, розтягування тощо).
Детектор: сигнал або вторинний сигнал, який використовується для збору електронів. Проекцію зразка можна отримати безпосередньо за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа (ТЕМ). У цьому мікроскопі електрони проходять через зразок, тому зразок повинен бути дуже тонким. Атомна вага атомів, що утворюють зразок, напруга прискорювальних електронів і бажана роздільна здатність визначають товщину зразка. Товщина зразка може коливатися від кількох нанометрів до кількох мікрон. Чим більша атомна маса і нижча напруга, тим тоншим має бути зразок.
Змінюючи систему лінз лінзи об’єктива, можна безпосередньо збільшити зображення фокусної точки лінзи об’єктива. Звідси можна отримати зображення електронної дифракції. За допомогою цього зображення можна проаналізувати кристалічну структуру зразка.
За допомогою трансмісійного електронного мікроскопа з енергетичним фільтром (EFTEM) люди вимірюють зміну швидкості електронів, коли вони проходять через зразок. З цього можна зробити висновок про хімічний склад зразка, наприклад про розподіл хімічних елементів у зразку.
Курс розвитку електронного мікроскопа
У 1931 р. німці М. Ноель і Е. Руска модифікували високовольтний осцилограф з джерелом електронів на холодному катоді і трьома електронними лінзами і отримали зображення, збільшені більш ніж у десять разів. Вони винайшли трансмісійний електронний мікроскоп, підтвердивши можливість збільшення зображень за допомогою електронного мікроскопа. У 1932 році, після вдосконалення Ruska, роздільна здатність електронного мікроскопа досягла 50 нанометрів, що приблизно в десять разів перевищує роздільну здатність оптичного мікроскопа того часу, порушуючи межу роздільної здатності оптичного мікроскопа. Тому електронному мікроскопу почали приділяти увагу. У 1940-х роках Хілл із США використовував астигматизатор для компенсації асиметрії обертання електронної лінзи, зробивши новий прорив у роздільній здатності електронного мікроскопа та поступово досягнувши сучасного рівня. У Китаї в 1958 році був успішно розроблений трансмісійний електронний мікроскоп з роздільною здатністю 3 нанометра. У 1979 році був розроблений великий електронний мікроскоп з роздільною здатністю 0,3 нанометра.
Принцип будови електронного мікроскопа
Електронний мікроскоп складається з оправи об’єктива, вакуумної системи та блоку живлення. Оправа об’єктива в основному включає такі компоненти, як електронна гармата, електронна лінза, тримач зразка, флуоресцентний екран і фотографічний механізм. Ці компоненти зазвичай збираються в колону зверху вниз; Вакуумна система складається з механічного вакуумного насоса, дифузійного насоса, вакуумного клапана тощо та з’єднана з оправою об’єктива через трубу для відведення повітря; До складу силової шафи входять генератор високої напруги, стабілізатор струму збудження, різні блоки регулювання і керування.
Електронна лінза є найважливішим компонентом оправи лінзи електронного мікроскопа. Він використовує просторове електричне або магнітне поле, симетричне осі оправи лінзи, щоб згинати траєкторію електронів у напрямку до осі, утворюючи фокус. Її функція подібна до функції скляної опуклої лінзи для фокусування світлового променя, тому її називають електронною лінзою. Більшість сучасних електронних мікроскопів використовують електромагнітні лінзи, які фокусують електрони за допомогою сильного магнітного поля, створюваного стабільним постійним струмом збудження, що протікає через котушку з полюсними башмаками.
Електронна гармата – це компонент, що складається з гарячого катода з вольфрамового дроту, електрода затвора та катода. Він може випромінювати та формувати електронний пучок з рівномірною швидкістю, тому стабільність напруги прискорення повинна бути не менше 1/10000.
