Elektronimikroskoopin koostumus
Elektronimikroskoopin koostumus
Sen pääkomponentit ovat:
Elektronilähde: Katodi, joka vapauttaa vapaita elektroneja, ja renkaan muotoinen anodi, joka kiihdyttää elektroneja. Katodin ja anodin välisen jännite-eron tulee olla erittäin suuri, tyypillisesti tuhansien volttien ja 3 miljoonan voltin välillä.
Elektroni: Käytetään elektronien fokusoimiseen. Yleensä käytetään magneettisia linssejä, ja joskus käytetään sähköstaattisia linssejä. Elektronilinssin tehtävä on sama kuin optisen linssin optisessa mikroskoopissa. Optisen linssin tarkennus on kiinteä, kun taas elektronisen linssin tarkennus on säädettävissä, joten elektronisessa mikroskoopissa ei ole optisen mikroskoopin kaltaista liikkuvaa linssijärjestelmää.
Tyhjiölaite: Tyhjiölaite, jota käytetään ylläpitämään tyhjiötilaa mikroskoopissa, jotta elektronit eivät imeydy tai poikkea niiden tiellä.
Näyteteline: Näyte voidaan sijoittaa vakaasti näytetelineeseen. Lisäksi on usein laitteita, joilla näytettä voidaan vaihtaa (kuten liikuttaa, pyörittää, lämmittää, jäähdyttää, venyttää jne.).
Ilmaisin: Signaali tai toissijainen signaali, jota käytetään keräämään elektroneja. Näytteen projektio voidaan saada suoraan käyttämällä transmissioelektronimikroskooppia (TEM). Tässä mikroskoopissa elektronit kulkevat näytteen läpi, joten näytteen on oltava hyvin ohut. Näytteen muodostavien atomien atomipaino, kiihtyvien elektronien jännite ja haluttu resoluutio määräävät näytteen paksuuden. Näytteen paksuus voi vaihdella muutamasta nanometristä muutamaan mikroniin. Mitä suurempi atomipaino ja pienempi jännite, sitä ohuempi näytteen tulee olla.
Objektiivin linssijärjestelmää vaihtamalla voidaan suoraan suurentaa objektiivin polttopisteen kuvaa. Tästä voidaan saada elektronidiffraktiokuvia. Tämän kuvan avulla voidaan analysoida näytteen kiderakennetta.
Energy Filtered Transmission Electron Microscope (EFTEM) -mikroskoopissa ihmiset mittaavat elektronien nopeuden muutosta niiden kulkiessa näytteen läpi. Tästä voimme päätellä näytteen kemiallisen koostumuksen, kuten kemiallisten alkuaineiden jakautumisen näytteessä.
Elektronimikroskoopin kehityskurssi
Vuonna 1931 saksalaiset M. Noel ja E. Ruska modifioivat korkeajänniteoskilloskooppia, jossa oli kylmäkatodipurkauselektronilähde ja kolme elektronilinssiä, ja saivat yli kymmenen kertaa suurennetut kuvat. He keksivät transmissioelektronimikroskoopin, mikä vahvisti mahdollisuuden suurennuskuvaukseen elektronimikroskoopilla. Vuonna 1932, Ruskan parannusten jälkeen, elektronimikroskoopin resoluutio ylsi 50 nanometriin, noin kymmenen kertaa optisen mikroskoopin tuolloin resoluutiokykyyn verrattuna, mikä rikkoi optisen mikroskoopin resoluutiorajan. Siksi elektronimikroskooppi alkoi saada huomiota. 1940-luvulla yhdysvaltalainen Hill käytti astigmatisaattoria kompensoimaan elektronin linssin pyörimisepäsymmetriaa, mikä teki uuden läpimurron elektronimikroskoopin resoluutiossa ja saavutti vähitellen nykyaikaisen tason. Kiinassa 3 nanometrin resoluutiolla toimiva transmissioelektronimikroskooppi kehitettiin menestyksekkäästi vuonna 1958. Vuonna 1979 kehitettiin suuri elektronimikroskooppi, jonka resoluutio oli 0,3 nanometriä.
Elektronimikroskoopin rakenneperiaate
Elektronimikroskooppi koostuu linssin piipusta, tyhjiöjärjestelmästä ja virtakaappista. Linssin piippu sisältää pääasiassa komponentteja, kuten elektronipistoolin, elektronilinssin, näytetelineen, fluoresoivan näytön ja valokuvausmekanismin. Nämä komponentit kootaan yleensä pylvääksi ylhäältä alas; Tyhjiöjärjestelmä koostuu mekaanisesta tyhjiöpumpusta, diffuusiopumpusta, tyhjiöventtiilistä jne., ja se on yhdistetty linssin piippuun ilmanpoistoputken kautta; Tehokaappi koostuu suurjännitegeneraattorista, viritysvirran stabilisaattorista sekä erilaisista säätö- ja ohjausyksiköistä.
Elektronilinssi on elektronimikroskoopin linssin piipun tärkein komponentti. Se käyttää avaruudellista sähkö- tai magneettikenttää, joka on symmetrinen linssin piipun akseliin nähden, elektronin liikeradan taivuttamiseksi akselia kohti tarkennuksen muodostamiseksi. Sen tehtävä on samanlainen kuin lasikuperalla linssillä valonsäteen tarkentamiseksi, joten sitä kutsutaan elektronilinssiksi. Useimmat nykyaikaiset elektronimikroskoopit käyttävät sähkömagneettisia linssejä, jotka fokusoivat elektronit vahvalla magneettikentällä, jonka tuottaa vakaa DC-viritysvirta, joka kulkee napakengillä varustetun kelan läpi.
Elektronitykki on komponentti, joka koostuu volframilangasta kuumakatodista, hilaelektrodista ja katodista. Se voi lähettää ja muodostaa elektronisuihkun tasaisella nopeudella, joten kiihdytysjännitteen stabiilisuuden on oltava vähintään 1/10 000.
