Принцип складу та застосування електронного мікроскопа
Електронний мікроскоп складається з трьох частин: оправа об'єктива, вакуумна система і блок живлення. Стовбур об’єктива в основному включає електронні гармати, електронні лінзи, тримачі зразків, флуоресцентні екрани та механізми камери. Ці компоненти зазвичай збираються в колону зверху вниз; вакуумна система складається з механічних вакуумних насосів, дифузійних насосів і вакуумних клапанів. Газопровід з'єднаний з оправою об'єктива; 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 електронну доріжку до осі та формувати фокус. Його функція подібна до функції скляної опуклої лінзи для фокусування променя, тому вона називається електронною. об'єктив. Більшість сучасних електронних мікроскопів використовують електромагнітні лінзи, які фокусують електрони через сильне магнітне поле, створене дуже стабільним постійним струмом збудження, що проходить через котушку з полюсними башмаками.
Електронна гармата - це компонент, що складається з гарячого катода з вольфрамової нитки, сітки та катода. Він може випускати і формувати електронний пучок 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. Трансмісійні електронні мікроскопи часто використовуються для спостереження тонких структур матеріалу, які не можуть бути розпізнані звичайними мікроскопами; скануючі електронні мікроскопи в основному використовуються для спостереження за морфологією твердих поверхонь, а також можуть поєднуватися з рентгенівськими дифрактометрами або спектрометрами електронної енергії для формування електронних мікросфер. Мікросфери утворюються шляхом розсіювання електронного пучка атомами зразка. Тонша частина зразка або частина зразка з нижчою щільністю має менше розсіювання електронного променя, тому більше електронів проходить через діафрагму об’єктива та бере участь у формуванні зображення, і на зображенні виглядає яскравіше. І навпаки, більш товсті або щільні частини зразка виглядають темнішими на зображенні. Якщо зразок занадто товстий або занадто щільний, контрастність зображення погіршиться або навіть буде пошкоджено чи знищено через поглинання енергії електронного променя.
Верхня частина лінзи трансмісійного електронного мікроскопа є електронною гарматою. Електрони випускаються вольфрамовим гарячим катодом, а пучки електронів фокусуються першим і другим конденсаторами. Після проходження через зразок електронний промінь відображається на проміжному дзеркалі лінзою об’єктива, потім поступово збільшується через проміжне дзеркало та проекційне дзеркало, а потім відображається на флуоресцентному екрані або фотокогерентній пластині.
Збільшення проміжного дзеркала можна безперервно змінювати від десятків разів до сотень тисяч разів головним чином за допомогою регулювання струму збудження; змінюючи фокусну відстань проміжного дзеркала, електронно-мікроскопічні зображення та зображення електронної дифракції можна отримати на крихітних частинах того самого зразка. Для дослідження більш товстих металевих зразків французька лабораторія електронної оптики Dulos розробила електронний мікроскоп надвисокої напруги з прискорювальною напругою 3500 кВ.
Електронний промінь скануючого електронного мікроскопа не проходить через зразок, а лише сканує та збуджує вторинні електрони на поверхні зразка. Сцинтиляційний кристал, розміщений поруч із зразком, приймає ці вторинні електрони, підсилює та модулює інтенсивність електронного пучка кінескопа, тим самим змінюючи яскравість на екрані кінескопа. Котушка відхилення кінескопа підтримує синхронне сканування з електронним променем на поверхні зразка, так що флуоресцентний екран кінескопа відображає топографічне зображення поверхні зразка, що схоже на принцип роботи промислового телевізора. .
Роздільна здатність скануючого електронного мікроскопа в основному визначається діаметром 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. Скануюча електронна мікроскопія не вимагає дуже тонких зразків; зображення має сильний тривимірний ефект; він може використовувати таку інформацію, як вторинні електрони, поглинені електрони та рентгенівські промені, створені взаємодією електронних променів і речовин, для аналізу складу речовин.
Електронна гармата та конденсорна лінза скануючого електронного мікроскопа приблизно такі ж, як і просвічуючого електронного мікроскопа, але щоб зробити електронний промінь тоншим, об’єктив і астигматизатор додаються під збиральну лінзу, а також два комплекти всередині лінзи об'єктива встановлені взаємно перпендикулярні скануючі промені. котушка. Камера для зразків під лінзою об’єктива оснащена підставкою для зразків, яка може рухатися, обертатися та нахилятися.
Використання електронних мікроскопів
Електронні мікроскопи можна розділити на просвічуючі електронні мікроскопи, скануючі електронні мікроскопи, відбивні електронні мікроскопи та емісійні електронні мікроскопи відповідно до їх будови та використання. Трансмісійні електронні мікроскопи часто використовуються для спостереження тонких структур матеріалу, які не можуть бути розпізнані звичайними мікроскопами; скануючі електронні мікроскопи в основному використовуються для спостереження за морфологією твердих поверхонь, а також можуть поєднуватися з рентгенівськими дифрактометрами або спектрометрами електронної енергії для формування електронних мікрозондів для аналізу складу матеріалу; емісійна електронна мікроскопія для дослідження поверхонь самовипромінюючих електронів.
Трансмісійний електронний мікроскоп названий на честь того, що електронний промінь проникає в зразок, а потім збільшує зображення за допомогою електронної лінзи. Його оптичний шлях подібний до оптичного мікроскопа. У цьому типі електронного мікроскопа контраст у деталізації зображення створюється розсіюванням електронного пучка на атомах зразка. Тонша частина зразка або частина зразка з нижчою щільністю має менше розсіювання електронного променя, тому більше електронів проходить через діафрагму об’єктива та бере участь у формуванні зображення, і на зображенні виглядає яскравіше. І навпаки, більш товсті або щільні частини зразка виглядають темнішими на зображенні. Якщо зразок занадто товстий або занадто щільний, контрастність зображення погіршиться або навіть буде пошкоджено чи знищено через поглинання енергії електронного променя.
