Ознайомлення з принципом будови електронного мікроскопа
Електронний мікроскоп складається з оправи об'єктива, вакуумної системи та блоку живлення. Стовбур об’єктива в основному складається з електронної гармати, електронної лінзи, тримача зразка, флуоресцентного екрану та механізму камери, які зазвичай збираються в колону зверху вниз; Вакуумна система складається з механічного вакуумного насоса, дифузійного насоса та вакуумного клапана та з’єднана з оправою об’єктива через трубопровід для відведення повітря; Силова шафа складається з генератора високої напруги, стабілізатора струму збудження та різних блоків регулювання регулювання.
Електронна лінза є найважливішою частиною оправи об’єктива електронного мікроскопа. Він використовує просторове електричне або магнітне поле, симетричне осі оправи лінзи, щоб згинати траєкторію електронів до осі для формування фокусу, який подібний до опуклої скляної лінзи для фокусування світлового променя, тому його називають електронна лінза. Більшість сучасних електронних мікроскопів використовують електромагнітні лінзи, і сильне магнітне поле, створене дуже стабільним постійним струмом збудження, що проходить через котушку з полюсними башмаками, фокусує електрони.
Електронна гармата - це компонент, що складається з гарячого катода з вольфрамової нитки, сітки та катода. Він може випромінювати і формувати електронний пучок з рівномірною швидкістю, тому стабільність прискорювальної напруги повинна бути не менше однієї десятитисячної.
Електронний мікроскоп можна розділити на трансмісійний електронний мікроскоп, скануючий електронний мікроскоп, відбивний електронний мікроскоп і емісійний електронний мікроскоп відповідно до структури та використання. Трансмісійний електронний мікроскоп (ТЕМ) часто використовується для спостереження тонкої структури матеріалу, яку неможливо розрізнити звичайним мікроскопом. Скануючий електронний мікроскоп (SEM) в основному використовується для спостереження за морфологією твердої поверхні, а також може поєднуватися з рентгенівським дифрактометром або спектрометром електронної енергії. Електронна мікросхема утворюється шляхом розсіювання електронного пучка на атомах зразка. У тонкій або низькощільній частині зразка електронний промінь розсіюється менше, тому більше електронів проходить через діафрагму об’єктива та бере участь у формуванні зображення, що робить їх яскравішими на зображенні. Навпаки, товща або щільніша частина зразка виглядає темнішою на зображенні. Якщо зразок занадто товстий або занадто щільний, контрастність зображення погіршиться і навіть буде пошкоджено або знищено через поглинання енергії електронного променя.
Верхня частина оправи об’єктива трансмісійного електронного мікроскопа є електронною гарматою. Електрони випускаються гарячим катодом з вольфрамовою ниткою і фокусуються першою та другою збиральними лінзами. Після того, як електронний промінь проходить через зразок, він відображається на проміжному дзеркалі за допомогою лінзи об’єктива, а потім посилюється крок за кроком проміжним дзеркалом і проекційним дзеркалом і відображається на флуоресцентному екрані або фотопластинці.
Збільшення проміжного дзеркала можна безперервно змінювати від кількох десятків до кількох сотень тисяч разів шляхом регулювання струму збудження. Змінюючи фокусну відстань проміжного дзеркала, можна отримати електронно-мікроскопічне та електронно-дифракційне зображення на крихітній частині одного зразка. Для дослідження зразків товстого металевого зрізу лабораторією електронної оптики в Дюло, Франція, був розроблений електронний мікроскоп надвисокої напруги з прискорювальною напругою 3500 кВ.
Електронний промінь скануючого електронного мікроскопа не проходить через зразок, а лише сканує поверхню зразка для збудження вторинних електронів. Сцинтиляційний кристал, розміщений поруч із зразком, приймає ці вторинні електрони та модулює інтенсивність електронного пучка кінескопа після підсилення, таким чином змінюючи яскравість на екрані кінескопа. Котушка відхилення кінескопа підтримує синхронне сканування з електронним променем на поверхні зразка, так що флуоресцентний екран кінескопа показує морфологічне зображення поверхні зразка, що схоже на принцип роботи промислових телевізорів.
Роздільна здатність скануючого електронного мікроскопа в основному залежить від діаметра електронного променя на поверхні зразка. Збільшення — це відношення амплітуди сканування на кінескопі до амплітуди сканування на зразку, яке можна безперервно змінювати від десятків до сотень тисяч разів. Для скануючого електронного мікроскопа не потрібні дуже тонкі зразки; Зображення має сильне тривимірне відчуття; Склад речовини можна проаналізувати, використовуючи інформацію про вторинні електрони, поглинені електрони та рентгенівські промені, створені взаємодією між електронним пучком і речовиною.
Електронна гармата та конденсор скануючого електронного мікроскопа майже такі ж, як і трансмісійного електронного мікроскопа, але для того, щоб зробити електронний промінь тоншим, під конденсором додано об’єктив і астигматичний розсіювач, а також два комплекти сканування. в об'єктиві також встановлені перпендикулярні один одному котушки. Столик для зразків, який може рухатися, обертатися та нахилятися, встановлений у камері для зразків під об’єктивом.
