اصل نوری و دامنه کاربرد میکروسکوپ الکترونی
میکروسکوپ الکترونی ابزاری است که از پرتوهای الکترونی و عدسیهای الکترونی به جای پرتوهای نوری و عدسیهای نوری برای تصویربرداری از ساختارهای ظریف مواد در بزرگنماییهای بسیار بالا بر اساس اصل اپتیک الکترونی استفاده میکند.
قدرت تفکیک یک میکروسکوپ الکترونی با حداقل فاصله بین دو نقطه مجاور که می تواند تشخیص دهد نشان داده می شود. در دهه 197{1}}، وضوح میکروسکوپ الکترونی عبوری حدود 0.3 نانومتر بود (قدرت تفکیک چشم انسان حدود 0.1 میلی متر است). اکنون حداکثر بزرگنمایی میکروسکوپ الکترونی بیش از 3 میلیون برابر است و حداکثر بزرگنمایی میکروسکوپ نوری حدود 2000 برابر است، بنابراین اتم های برخی از فلزات سنگین و شبکه های اتمی منظم در کریستال را می توان مستقیماً از طریق میکروسکوپ الکترونی مشاهده کرد. .
در سال 1931، Knorr-Bremse و Ruska آلمانی یک اسیلوسکوپ ولتاژ بالا با منبع الکترون تخلیه کاتد سرد و سه عدسی الکترونی را دوباره نصب کردند و تصویری با بزرگنمایی بیش از ده برابر به دست آوردند که امکان تصویربرداری بزرگنمایی شده با میکروسکوپ الکترونی را تایید کرد. در سال 1932، پس از بهبود Ruska، قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی به 50 نانومتر رسید که حدود ده برابر وضوح میکروسکوپ نوری در آن زمان بود، بنابراین میکروسکوپ الکترونی توجه مردم را به خود جلب کرد.
در دهه 194، هیل در ایالات متحده از یک آستیگماتایزر برای جبران عدم تقارن چرخشی عدسی الکترونی استفاده کرد که پیشرفت جدیدی در قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی ایجاد کرد و به تدریج به سطح مدرن رسید. در چین، یک میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح 3 نانومتر در سال 1958 با موفقیت ساخته شد و یک میکروسکوپ الکترونی بزرگ با وضوح 0.3 نانومتر در سال 1979 ساخته شد. اگرچه قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی است. به مراتب بهتر از میکروسکوپ نوری، مشاهده موجودات زنده دشوار است زیرا میکروسکوپ الکترونی باید در شرایط خلاء کار کند و تابش پرتوهای الکترونی نیز باعث میشود که نمونههای بیولوژیکی در اثر تشعشع آسیب ببینند. مسائل دیگری مانند بهبود روشنایی تفنگ الکترونی و کیفیت عدسی الکترونی هنوز باید مورد مطالعه قرار گیرد. توان تفکیک یک شاخص مهم میکروسکوپ الکترونی است که به زاویه مخروط فرودی و طول موج پرتو الکترونی عبوری از نمونه مربوط می شود. طول موج نور مرئی حدود 300-700 نانومتر است، در حالی که طول موج پرتو الکترونی مربوط به ولتاژ شتاب دهنده است. وقتی ولتاژ شتاب دهنده 50-100 کیلوولت باشد، طول موج پرتو الکترونی حدود 0.0037.{9}} نانومتر است. از آنجایی که طول موج پرتو الکترونی بسیار کوچکتر از طول موج نور مرئی است، حتی اگر زاویه مخروط پرتو الکترونی تنها 1 درصد از زاویه میکروسکوپ نوری باشد، قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی هنوز بسیار برتر از آن است. از میکروسکوپ نوری میکروسکوپ الکترونی از سه بخش تشکیل شده است: بشکه لنز، سیستم خلاء و کابینت برق. لوله لنز عمدتاً شامل تفنگ های الکترونی، لنزهای الکترونی، نگهدارنده های نمونه، صفحه های فلورسنت و مکانیسم های دوربین است. این اجزا معمولاً در یک ستون از بالا به پایین مونتاژ می شوند. سیستم خلاء از پمپ های خلاء مکانیکی، پمپ های انتشار و دریچه های خلاء تشکیل شده است. خط لوله گاز با بشکه لنز متصل است. کابینت برق از یک ژنراتور ولتاژ بالا، یک تثبیت کننده جریان تحریک و واحدهای کنترل تنظیم مختلف تشکیل شده است.
عدسی الکترونی مهمترین جزء در بشکه میکروسکوپ الکترونی است. از یک میدان الکتریکی فضایی یا میدان مغناطیسی متقارن با محور لوله عدسی برای خم کردن مسیر الکترون به محور برای ایجاد کانون استفاده میکند و عملکرد آن شبیه به یک عدسی محدب شیشهای برای متمرکز کردن پرتو است، بنابراین به نام لنز الکترونیکی اکثر میکروسکوپهای الکترونی مدرن از عدسیهای الکترومغناطیسی استفاده میکنند که الکترونها را از طریق یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد شده توسط یک جریان تحریک DC بسیار پایدار که از یک سیمپیچ با قطعات قطبی عبور میکند، متمرکز میکنند.
تفنگ الکترونی از کاتد گرم تنگستن، شبکه و کاتد تشکیل شده است.
قطعات. این می تواند پرتوهای الکترونی را با سرعت یکنواخت ساطع کرده و تشکیل دهد، بنابراین پایداری ولتاژ شتاب دهنده کمتر از یک ده هزارم نیست.
میکروسکوپ های الکترونی را می توان با توجه به ساختار و کاربرد آنها به میکروسکوپ های الکترونی عبوری تقسیم کرد.
میکروسکوپها، میکروسکوپهای الکترونی روبشی، و میکروسکوپهای الکترونی گسیلی، و غیره. میکروسکوپهای الکترونی روبشی عمدتاً برای مشاهده مورفولوژی سطوح جامد استفاده میشوند و همچنین میتوانند با پراش سنجهای اشعه ایکس یا طیفسنجهای انرژی الکترونی ترکیب شوند تا میکروپروبهای الکترونیکی را برای تجزیه و تحلیل ترکیب مواد تشکیل دهند. میکروسکوپ الکترونی گسیلی برای مطالعه سطوح الکترونی خود ساطع
نام میکروسکوپ الکترونی عبوری به این دلیل است که پرتو الکترونی به نمونه نفوذ می کند و سپس تصویر را با عدسی الکترونی بزرگ می کند. مسیر نوری آن مشابه مسیر یک میکروسکوپ نوری است. در این نوع میکروسکوپ الکترونی کنتراست در جزئیات تصویر با پراکندگی پرتو الکترونی توسط اتم های نمونه ایجاد می شود. قسمتهایی از نمونه که نازکتر یا چگالتر هستند، کمتر توسط پرتو الکترونی پراکنده میشوند، به طوری که الکترونهای بیشتری از دیافراگم هدف عبور میکنند تا در تصویربرداری شرکت کنند و در تصویر روشنتر به نظر میرسند. برعکس، قسمت های ضخیم تر یا متراکم تر نمونه در تصویر تیره تر به نظر می رسند. اگر نمونه خیلی ضخیم یا خیلی متراکم باشد، کنتراست تصویر بدتر می شود یا حتی با جذب انرژی پرتو الکترونی آسیب دیده یا از بین می رود.
بالای لوله عدسی میکروسکوپ الکترونی عبوری تفنگ الکترونی است و الکترون ها توسط کاتد داغ تنگستن ساطع می شوند و پرتو الکترونی توسط عدسی های کندانسور اول و دوم متمرکز می شود. پس از عبور از نمونه، پرتو الکترونی توسط عدسی شیئی بر روی آینه میانی تصویربرداری می شود و سپس توسط آینه میانی و آینه پیش بینی شده گام به گام بزرگ می شود و سپس بر روی صفحه فلورسنت یا صفحه فتوکوهرنت تصویربرداری می شود.
بزرگنمایی آینه میانی را می توان به طور مداوم از ده ها بار به صدها هزار بار تغییر داد، عمدتاً از طریق تنظیم جریان تحریک. با تغییر فاصله کانونی آینه میانی می توان یک تصویر میکروسکوپی الکترونی روی قسمت کوچکی از همان نمونه به دست آورد.
و تصاویر پراش الکترون. برای اینکه بتوان نمونههای برش فلز ضخیمتر را مطالعه کرد، آزمایشگاه اپتیک الکترون در Dulos، فرانسه یک میکروسکوپ الکترونی ولتاژ فوقالعاده با ولتاژ شتاب دهنده 3500 کیلو ولت توسعه داده است.
پرتو الکترونی میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه عبور نمی کند، بلکه فقط الکترون های ثانویه را روی سطح نمونه اسکن و تحریک می کند. کریستال سوسوزن که در کنار نمونه قرار می گیرد، این الکترون های ثانویه را دریافت می کند، شدت پرتو الکترونی لوله تصویر را تقویت و تعدیل می کند، در نتیجه روشنایی صفحه فلورسنت لوله تصویر را تغییر می دهد. سیم پیچ انحراف کینسکوپ به طور همزمان با پرتو الکترونی روی سطح نمونه اسکن می کند، به طوری که صفحه فلورسنت کینسکوپ تصویر توپوگرافی سطح نمونه را نشان می دهد که شبیه به اصل کار یک تلویزیون صنعتی است.
وضوح یک میکروسکوپ الکترونی روبشی در درجه اول با قطر پرتو الکترونی روی سطح نمونه تعیین می شود. بزرگنمایی نسبت دامنه اسکن روی لوله تصویر به دامنه اسکن روی نمونه است که می تواند به طور مداوم از ده ها بار به صدها هزار بار تغییر کند. میکروسکوپ الکترونی روبشی به نمونه های بسیار نازک نیاز ندارد. تصویر دارای یک اثر سه بعدی قوی است. میتواند از اطلاعاتی مانند الکترونهای ثانویه، الکترونهای جذبشده، و اشعه ایکس تولید شده از برهمکنش بین پرتوهای الکترونی و مواد برای تجزیه و تحلیل ترکیب مواد استفاده کند.
تفنگ الکترونی و عدسی کندانسور میکروسکوپ الکترونی روبشی تقریباً مشابه میکروسکوپ الکترونی عبوری است، اما برای نازکتر کردن پرتو الکترونی، یک عدسی شیئی و یک آستیگماتایزر زیر عدسی کندانسور اضافه میشود و دو مجموعه پرتوهای اسکن عمود بر متقابل در داخل عدسی شیئی نصب می شوند. سیم پیچ محفظه نمونه زیر عدسی شیئی مجهز به یک مرحله نمونه است که می تواند حرکت، چرخان و کج شود.
