روند توسعه میکروسکوپ الکترونی نسل جدید

روند توسعه میکروسکوپ الکترونی نسل جدید

1. میکروسکوپ‌های الکترونی تفنگی با عملکرد بالا به طور فزاینده‌ای محبوب و کاربردی هستند. میکروسکوپ الکترونی عبوری تفنگ گسیل میدانی می تواند روشنایی بالا و منبع نور الکترونی با انسجام بالا را ارائه دهد. بنابراین، آرایش اتمی و انواع مواد را می توان به طور جامع در مقیاس اتمی- نانومتری تحلیل کرد. در اواسط-1990ها، تنها چند ده واحد در تایوان وجود داشت. اکنون به هزاران نفر افزایش یافته است. در حال حاضر بیش از صد میکروسکوپ الکترونی عبوری تفنگی گسیل میدانی در کشور ما وجود دارد. میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی رشته‌ای گرم تنگستن (الکترون) معمولی تنها می‌توانند به وضوح 3.{5}} نانومتر در بالاترین حد برسند. نسل جدید میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی تفنگی گسیل میدانی می‌توانند وضوحی بهتر از 1.0nm داشته باشند. وضوح به اندازه 0.5 نانومتر{10}}.4 نانومتر است. در میان آنها، میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی می تواند به این موارد دست یابد: شرایط واقعی "محیط زیستی"، نمونه ها را می توان تحت شرایط رطوبت 100 درصد مشاهده کرد. نمونه های بیولوژیکی و نمونه های غیر رسانا نیازی به پوشش ندارند و می توانند مستقیماً روی دستگاه برای مشاهده و تجزیه و تحلیل دینامیکی قرار گیرند. سه کاربرد دستگاه". سه حالت کار خلاء زیاد، خلاء کم و "محیط".

2. باید تلاش کرد تا نسل جدیدی از تک رنگ‌کننده‌ها و اصلاح‌کننده‌های انحراف کروی برای بهبود بیشتر وضوح میکروسکوپ‌های الکترونی ایجاد شود. ضریب انحراف کروی: ضریب انحراف کروی Cs میکروسکوپ الکترونی عبوری معمولی حدود میلی متر است. ضریب انحراف کروی میکروسکوپ الکترونی عبوری فعلی به Cs کاهش یافته است<0.05mm. Chromatic aberration coefficient: the chromatic aberration coefficient of the conventional transmission electron microscope is about 0.7; The chromatic aberration coefficient of the TEM has been reduced to 0.1. Field emission transmission electron microscopy, STEM technology, and energy filtering electron microscopy have become analytical means and tools for material science research, and even biomedicine. The spherical aberration corrector of the objective lens improves the resolution of the field emission transmission electron microscope to the information resolution. That is, it improves from 0.19nm to 0.12nm or even less than 0.1nm. Using a monochromator, the energy resolution will be less than 0.1eV. But the beam current of the monochromator is only about one tenth of that without a monochromator. Therefore, while using a monochromator , but also to consider the reduction of the beam current of the monochromator. While the spherical aberration corrector of the condenser improves the resolution of STEM to less than 0.1nm, the spherical aberration corrector of the condenser increases the beam current by at least 10 times, which is very beneficial to improve the spatial resolution. While correcting the spherical aberration, the chromatic aberration increases by about 30%. Therefore, while correcting the spherical aberration, the chromatic aberration should also be considered.

3. تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی به سمت کامپیوتری شدن و شبکه سازی حرکت می کند. از نظر ابزار و تجهیزات، سیستم عامل فعلی میکروسکوپ الکترونی روبشی از یک رابط عملیاتی کاملاً جدید استفاده کرده است. کاربر فقط باید ماوس را فشار دهد تا کنترل بشکه لنز میکروسکوپ الکترونی و قطعات الکتریکی و همچنین حافظه خودکار و تنظیم پارامترهای مختلف را درک کند. بین مناطق مختلف، نمایش هایی مانند نمونه های متحرک، تغییر حالت های تصویربرداری، و تنظیم پارامترهای میکروسکوپ الکترونی را می توان از طریق سیستم شبکه انجام داد. به منظور تحقق کنترل از راه دور میکروسکوپ الکترونی.

4. کاربرد مهم میکروسکوپ الکترونی در مطالعه نانومواد. از آنجایی که دقت تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی نزدیک به مقیاس اتمی است، با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری تفنگی گسیل میدانی و یک پرتو الکترونی با قطر 0.13nm نه تنها می‌توان تصویر کنتراست Z را از یک تصویر منفرد جمع‌آوری کرد. اتم، بلکه انرژی الکترونی یک طیف از دست دادن اتم را نیز جمع آوری می کند. یعنی میکروسکوپ الکترونی می تواند به طور همزمان اطلاعات ساختار اتمی و الکترونیکی مواد را در مقیاس اتمی بدست آورد. مشاهده تصاویر اتمی منفرد در نمونه ها همواره یکی از پیگیری های طولانی مدت جامعه علمی بوده است. قطر یک اتم حدود 2-3میلی متر در 10 میلیونیم است. بنابراین، برای تشخیص موقعیت هر اتم، یک میکروسکوپ الکترونی با وضوح حدود 0.1 نانومتر مورد نیاز است و باید حدود 10} میلیون بار بزرگ‌نمایی شود. پیش‌بینی می‌شود که وقتی مقیاس ماده به مقیاس نانو کاهش می‌یابد، خواص نوری، الکتریکی و سایر خواص فیزیکی و مکانیکی ماده ممکن است منحصربه‌فرد باشد. از این رو، تهیه نانومواد مانند نانوذرات، نانولوله‌ها و نانوسیم‌ها و همچنین تحقیق در مورد رابطه ساختار و خواص آنها به کانون تحقیقاتی تبدیل شده است که مردم به آن توجه زیادی داشته‌اند. با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی، به طور کلی بر روی یک میکروسکوپ الکترونی عبوری با تفنگ انتشار میدان خلاء فوق‌العاده بالای 200 کیلوولت، می‌توان تصاویر میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا از نانوفازها و نانوسیم‌ها، الگوهای پراش الکترونی و طیف‌های اتلاف انرژی الکترونی نانومواد را مشاهده کرد. به عنوان مثال، نانولوله‌های کربنی با قطر داخلی 0.4 نانومتر، نانومیله‌های Si-CN و نانوسیم‌های نیمه‌رسانای Si با لیتیوم روی میکروسکوپ الکترونی مشاهده شدند. در زمینه زیست پزشکی، فناوری نانو طلای کلوئیدی، کپسول های بهداشتی نانو سلنیوم، ساختارهای اندامک در سطح نانو و نانو ربات هایی که می توانند به کوچکی باکتری باشند، غلظت خون در رگ های خونی را کنترل می کنند و لخته های خون را از بین می برند. کشتی ها می توان گفت همه تحقیقات هستند. جدایی ناپذیر از میکروسکوپ الکترونی ابزار. به طور خلاصه: SEM و TEM در علم مواد، به‌ویژه فناوری نانو اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. بهبود پایداری و عملکرد باعث می شود که میکروسکوپ الکترونی دیگر ابزاری نباشد که توسط چند متخصص مورد استفاده قرار می گیرد، بلکه یک ابزار محبوب است. وضوح بالاتر هنوز هم مهمترین جهت برای توسعه میکروسکوپ الکترونی است. کاربرد میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری از توصیف و تجزیه و تحلیل به آزمایش‌های درجا و پردازش نانو مرئی تغییر کرده است. پرتو یون متمرکز (FIB) بیش از پیش در تحقیقات علمی نانومواد استفاده شده است. قدرتمندترین ابزار برای نمونه سازی نانو؛ هدف از STEM اصلاحی (Titan): مشخصه سازی ساختار سه بعدی با وضوح 0.5Å در سال 2008.

5. میکروسکوپ کریو الکترونی و فناوری بازسازی سه بعدی، کانون های تحقیقاتی فعلی در میکروسکوپ بیوالکترونی هستند. فناوری میکروسکوپ کرایو الکترونی و فناوری بازسازی سه‌بعدی، کانون‌های تحقیقاتی کنونی در میکروسکوپ بیوالکترونی هستند. عمدتاً استفاده از میکروسکوپ الکترونی کرایو (که همچنین شامل استفاده از میکروسکوپ کریو الکترونی در مرحله سرد هلیوم مایع است) و فناوری بازسازی تصویر سه بعدی کامپیوتری برای تعیین ساختار سه بعدی بیولوژیکی ماکرومولکول‌ها و کمپلکس‌های آنها را مورد بحث قرار می‌دهد. مانند استفاده از میکروسکوپ کرایو الکترونی برای تعیین ساختار سه بعدی ویروس ها و رشد کریستال های دو بعدی پروتئین های غشایی بر روی غشاهای لیپیدی تک لایه و مشاهده و تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی آنها. زیست شناسی ساختاری امروزه توجه مردم را به خود جلب کرده است، زیرا با نگاه کردن به دنیای بیولوژیکی از دیدگاه سیستمی، ساختارهای سلسله مراتبی متفاوتی دارد: فردی ® اندام ® بافت ® سلول ® زیست میکرومولکول. اگرچه بیوماکرومولکول‌ها در پایین‌ترین سطح قرار دارند، اما تفاوت‌های بین سیستم‌های سطح بالا را تعیین می‌کنند. ساختار سه بعدی عملکرد را تعیین می کند. ساختار اساس کاربرد است: طراحی دارو، اصلاح ژنتیکی، تحقیق و توسعه واکسن، ساخت پروتئین مصنوعی، و غیره. میکروسکوپ الکترونی یکی از ابزارهای مهم برای تعیین ساختار است. مزایای میکروسکوپ الکترونی در دمای پایین عبارتند از: نمونه در حالت حاوی آب و مولکول ها در حالت طبیعی هستند. از آنجایی که نمونه در اثر تشعشع آسیب دیده است، باید از روش با دوز پایین برای مشاهده استفاده کرد. دمای مشاهده کم است، که مقاومت در برابر تشعشع نمونه را افزایش می دهد. نمونه ها را می توان در حالت های مختلف منجمد کرد تا تغییرات ساختار مولکولی را مشاهده کرد. از طریق این تکنیک‌ها، نتایج مشاهده و تجزیه و تحلیل نمونه‌های مختلف بیولوژیکی به حالت واقعی نزدیک‌تر می‌شود.

6. دوربین های CCD با کارایی بالا روز به روز محبوب تر می شوند. از مزایای CCD های مورد استفاده در میکروسکوپ های الکترونی می توان به حساسیت بالا، نویز کم و نسبت سیگنال به نویز بالا اشاره کرد. تحت همان پیکسل، تصویربرداری CCD اغلب شفافیت و وضوح خوبی دارد و بازتولید رنگ و نوردهی را می توان تضمین کرد که اساساً دقیق هستند. رزولوشن/رزولوشن تصویر دوربین این است که ما اغلب به چند پیکسل می گوییم. در کاربردهای عملی، دوربین هر چه پیکسل ها بالاتر باشد، کیفیت تصویر گرفته شده بهتر است. برای یک تصویر، هرچه پیکسل‌ها بالاتر باشد، توانایی تجزیه و تحلیل تصویر قوی‌تر است، اما میزان داده‌ای که ثبت می‌کند بسیار بیشتر خواهد بود، بنابراین نیاز دستگاه ذخیره‌سازی بسیار بیشتر است. در زمینه TEM امروزی، محصولات جدید توسعه‌یافته کاملاً با رایانه کنترل می‌شوند و به‌جای فیلم عکاسی، تصویربرداری با دوربین CCD با وضوح بالا تکمیل می‌شود. روند فناوری دیجیتال انقلاب برنامه TEM و حتی کل کار آزمایشگاهی را از همه جنبه ها به حرکت در می آورد. به خصوص در زمینه نرم افزارهای پردازش تصویر، بسیاری از مواردی که در گذشته غیرممکن به حساب می آمدند در حال تبدیل شدن به واقعیت هستند.