ترکیب میکروسکوپ الکترونی

ترکیب میکروسکوپ الکترونی

ترکیب میکروسکوپ الکترونی

اجزای اصلی عبارتند از:

منبع الکترونی: کاتدی که الکترون‌های آزاد آزاد می‌کند و آند حلقه‌ای شکل که الکترون‌ها را شتاب می‌دهد. اختلاف ولتاژ بین کاتد و آند باید بسیار زیاد باشد، معمولاً بین هزاران ولت تا 3 میلیون ولت.

الکترون: برای تمرکز الکترون ها استفاده می شود. عموماً از لنزهای مغناطیسی و گاهی از لنزهای الکترواستاتیک استفاده می شود. عملکرد یک عدسی الکترونی مانند عملکرد یک عدسی نوری در میکروسکوپ نوری است. فوکوس یک لنز نوری ثابت است، در حالی که فوکوس یک لنز الکترونیکی را می توان تنظیم کرد، بنابراین یک میکروسکوپ الکترونیکی یک سیستم عدسی متحرک مانند یک میکروسکوپ نوری ندارد.

دستگاه خلاء: دستگاه خلاء که برای حفظ حالت خلاء در میکروسکوپ استفاده می شود، به طوری که الکترون ها در مسیر خود جذب یا منحرف نمی شوند.

قفسه نمونه: نمونه را می توان به طور پایدار روی قفسه نمونه قرار داد. علاوه بر این، اغلب وسایلی وجود دارد که می توان از آنها برای تغییر نمونه استفاده کرد (مانند حرکت، چرخش، گرمایش، خنک کننده، کشش و غیره).

آشکارساز: سیگنال یا سیگنال ثانویه ای است که برای جمع آوری الکترون ها استفاده می شود. طرح ریزی یک نمونه را می توان به طور مستقیم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) به دست آورد. در این میکروسکوپ الکترون ها از نمونه عبور می کنند، بنابراین نمونه باید بسیار نازک باشد. وزن اتمی اتم های تشکیل دهنده نمونه، ولتاژ الکترون های شتاب دهنده و قدرت تفکیک مورد نظر ضخامت نمونه را تعیین می کند. ضخامت نمونه می تواند از چند نانومتر تا چند میکرون متغیر باشد. هر چه وزن اتمی بیشتر و ولتاژ کمتر باشد، نمونه باید نازکتر باشد.

با تغییر سیستم عدسی عدسی شیئی می توان مستقیماً تصویر نقطه کانونی عدسی شیئی را بزرگ کرد. از این می توان تصاویر پراش الکترونی را بدست آورد. با استفاده از این تصویر می توان ساختار کریستالی نمونه را تجزیه و تحلیل کرد.

در میکروسکوپ الکترونی انتقال فیلتر شده انرژی (EFTEM)، افراد تغییر سرعت الکترون ها را هنگام عبور از نمونه اندازه گیری می کنند. از این، می‌توان ترکیب شیمیایی نمونه، مانند توزیع عناصر شیمیایی در نمونه را استنباط کرد.

دوره توسعه میکروسکوپ الکترونی

در سال 1931، M. Noel و E. Ruska از آلمان، یک اسیلوسکوپ ولتاژ بالا را با یک منبع الکترونی تخلیه کاتد سرد و سه عدسی الکترونی اصلاح کردند و تصاویری به دست آوردند که بیش از ده برابر بزرگ‌نمایی شده بودند. آنها یک میکروسکوپ الکترونی عبوری اختراع کردند که امکان تصویربرداری بزرگنمایی توسط میکروسکوپ الکترونی را تایید کرد. در سال 1932، پس از بهبود Ruska، توانایی تفکیک میکروسکوپ الکترونی به 50 نانومتر رسید که حدود ده برابر توانایی تفکیک میکروسکوپ نوری در آن زمان بود و حد تفکیک میکروسکوپ نوری را شکست. بنابراین، میکروسکوپ الکترونی شروع به جلب توجه کرد. در دهه 1940، هیل ایالات متحده از یک آستیگماتیزور برای جبران عدم تقارن چرخشی عدسی الکترونی استفاده کرد، که پیشرفت جدیدی در وضوح 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 توسعه یافت. در سال 1979، یک میکروسکوپ الکترونی بزرگ با وضوح 0.3 نانومتر ساخته شد.

اصل ساخت میکروسکوپ الکترونی

میکروسکوپ الکترونی از یک بشکه عدسی، یک سیستم خلاء و یک کابینت برق تشکیل شده است. لوله لنز عمدتاً شامل اجزایی مانند تفنگ الکترونی، عدسی الکترونی، نگهدارنده نمونه، صفحه فلورسنت و مکانیزم عکاسی است. این اجزا معمولاً در یک ستون از بالا به پایین مونتاژ می شوند. سیستم خلاء از یک پمپ خلاء مکانیکی، یک پمپ انتشار، یک شیر خلاء و غیره تشکیل شده است و از طریق یک لوله استخراج هوا به بشکه لنز متصل می شود. کابینت برق از یک ژنراتور ولتاژ بالا، یک تثبیت کننده جریان تحریک و واحدهای تنظیم و کنترل مختلف تشکیل شده است.

عدسی الکترونی مهمترین جزء در بشکه عدسی میکروسکوپ الکترونی است. از یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی فضایی متقارن با محور بشکه عدسی استفاده می کند تا مسیر الکترون را به سمت محور خم کند تا تمرکز ایجاد شود. عملکرد آن شبیه به عدسی محدب شیشه ای برای تمرکز پرتو نور است، بنابراین به آن عدسی الکترونی می گویند. اکثر میکروسکوپ‌های الکترونی مدرن از عدسی‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند که الکترون‌ها را با میدان مغناطیسی قوی ایجاد می‌کند که توسط جریان تحریک DC پایداری که از طریق یک سیم‌پیچ با کفشک‌های قطبی جریان دارد، متمرکز می‌شوند.

تفنگ الکترونی جزئی است که از یک کاتد داغ سیم تنگستن، یک الکترود دروازه و یک کاتد تشکیل شده است. این می تواند یک پرتو الکترونی با سرعت یکنواخت ساطع کرده و تشکیل دهد، بنابراین پایداری ولتاژ شتاب لازم است که کمتر از 1/10000 نباشد.