مزایای میکروسکوپ های الکترونی در مقابل میکروسکوپ های نوری

مزایای میکروسکوپ های الکترونی در مقابل میکروسکوپ های نوری

میکروسکوپ الکترونی ابزاری است که بر اساس اصل اپتیک الکترونی به جای پرتو نور و عدسی نوری از پرتو الکترونی و عدسی الکترونی استفاده می کند، به طوری که ساختار ظریف ماده با بزرگنمایی بسیار بالا تصویربرداری می شود.

قدرت تفکیک یک میکروسکوپ الکترونی بر حسب فاصله کوچک بین دو نقطه همسایه که می تواند تفکیک کند بیان می شود. در 197{1}} وضوح یک میکروسکوپ الکترونی عبوری حدود 0.3 نانومتر بود. (قدرت تفکیک چشم انسان حدود 0.1 میلی متر است). امروزه بزرگنمایی بزرگ میکروسکوپ الکترونی بیش از 3 میلیون برابر است، در حالی که بزرگنمایی بزرگ میکروسکوپ نوری حدود 2،{7}} برابر است، بنابراین میکروسکوپ الکترونی می‌تواند مستقیماً اتم‌ها و کریستال‌های برخی از فلزات سنگین را مشاهده کند. ماتریس نقطه اتمی به طور مرتب چیده شده است.

در سال 1931، Knorr و Ruska آلمان، با یک منبع الکترونی تخلیه کاتد سرد و سه عدسی الکترونی، یک اسیلوسکوپ ولتاژ بالا را اصلاح کردند و بزرگنمایی بیش از ده برابر تصویر به دست آوردند که امکان بزرگنمایی میکروسکوپ الکترونی تصویربرداری را تأیید کرد. در سال 1932، پس از بهبود Ruska، قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی به 50 نانومتر رسید، یعنی حدود 10 برابر وضوح میکروسکوپ نوری در آن زمان، و بنابراین میکروسکوپ الکترونی توجه مردم را به خود جلب کرد.

در دهه 194، هیل ایالات متحده از پراکنده برای جبران عدم تقارن چرخشی عدسی الکترونی استفاده کرد، به طوری که قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی پیشرفت جدیدی داشت و به تدریج به سطح مدرن رسید. در چین، در سال 1958، توسعه موفقیت آمیز میکروسکوپ الکترونی عبوری، قدرت تفکیک آن 3 نانومتر، در سال 1979 و قدرت تفکیک 0.3 نانومتر میکروسکوپ الکترونی در مقیاس بزرگ ساخته شد.

اگرچه وضوح میکروسکوپ الکترونی به مراتب بهتر از میکروسکوپ نوری بوده است، اما میکروسکوپ الکترونی نیاز به کار در شرایط خلاء دارد، بنابراین مشاهده موجودات زنده دشوار است و تابش پرتو الکترونی نمونه‌های بیولوژیکی را با آسیب تابش مشکلات دیگری مانند روشنایی تفنگ الکترونی و بهبود کیفیت عدسی الکترونی نیز نیاز به ادامه مطالعه دارد.

قدرت تفکیک یک شاخص مهم میکروسکوپ الکترونی است که به زاویه تابش مخروطی و طول موج پرتو الکترونی عبوری از نمونه مربوط می شود. طول موج نور مرئی حدود {0}} نانومتر است و طول موج پرتو الکترونی به ولتاژ شتاب دهنده مربوط است. هنگامی که ولتاژ شتاب دهنده 50 تا 100 کیلو ولت باشد، طول موج پرتو الکترونی حدود 0.0053 تا 0.0037 نانومتر است. از آنجایی که طول موج پرتو الکترونی بسیار کوچکتر از طول موج نور مرئی است، بنابراین حتی اگر زاویه مخروطی پرتو الکترونی تنها 1٪ از میکروسکوپ نوری باشد، وضوح میکروسکوپ الکترونی هنوز به مراتب بهتر از میکروسکوپ نوری است. .

میکروسکوپ الکترونی از سه بخش تشکیل شده است: لوله آینه، سیستم خلاء و کابینت منبع تغذیه. بشکه عمدتا دارای تفنگ الکترونی، لنز الکترونی، نگهدارنده نمونه، صفحه فلورسنت و مکانیسم دوربین و سایر اجزا است، این اجزا معمولاً از بالا به پایین در یک ستون مونتاژ می شوند. سیستم خلاء متشکل از پمپ خلاء مکانیکی، پمپ انتشار و شیرهای خلاء و غیره و از طریق خط لوله پمپاژ متصل به بشکه آینه است. کابینت منبع تغذیه شامل یک ژنراتور ولتاژ بالا، تثبیت کننده جریان تحریک و انواع واحدهای کنترل تنظیمی است.

عدسی الکترونی بخش مهمی از بشکه میکروسکوپ الکترونی است، متقارن با محور لوله میدان الکتریکی فضایی یا میدان مغناطیسی است به طوری که مسیر الکترون به محور تشکیل تمرکز نقش شیشه محدب است. عدسی برای ایجاد نقش پرتو نور متمرکز مانند نقش عدسی است، بنابراین به آن عدسی الکترونی می گویند. اکثر میکروسکوپ‌های الکترونی مدرن از عدسی‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند که توسط یک جریان تحریک DC بسیار پایدار از طریق سیم‌پیچ با یک کفشک قطبی تولید شده توسط میدان مغناطیسی قوی برای متمرکز کردن الکترون‌ها استفاده می‌شود.

تفنگ الکترونی یک جزء متشکل از یک کاتد داغ تنگستن، یک دروازه و یک کاتد است. از خود ساطع می کند و یک پرتو الکترونی با سرعت یکنواخت تشکیل می دهد، بنابراین لازم است که پایداری ولتاژ شتاب دهنده کمتر از یک قسمت در ده هزار نباشد.

میکروسکوپ های الکترونی را می توان با توجه به ساختار و کاربردشان به میکروسکوپ های الکترونی عبوری، میکروسکوپ های الکترونی روبشی، میکروسکوپ های الکترونی بازتابی و میکروسکوپ های الکترونی گسیلی تقسیم کرد. میکروسکوپ الکترونی عبوری اغلب برای مشاهده کسانی که با میکروسکوپ معمولی قادر به تشخیص ساختار خوب مواد نیستند استفاده می شود. میکروسکوپ الکترونی روبشی عمدتاً برای مشاهده مورفولوژی سطح جامد استفاده می شود، اما همچنین با پراش اشعه ایکس یا طیف سنج الکترونی ترکیب شده برای تشکیل ریزپروب الکترونی که برای تجزیه و تحلیل ترکیب مواد استفاده می شود. میکروسکوپ الکترونی گسیلی برای مطالعه سطح خود گسیلی الکترون ها.