Uuden sukupolven elektronimikroskoopin kehitystrendi
1. Suorituskykyiset kenttäemissiopistoolielektronimikroskoopit ovat yhä suositumpia ja niitä käytetään yhä enemmän. Kenttäemissiopistoolin lähetyselektronimikroskooppi voi tarjota korkean kirkkauden ja korkean koherenssin elektronivalonlähteen. Siksi atomien järjestystä ja materiaalityyppejä voidaan analysoida kattavasti atomi-nanometri-asteikolla. Puolivälissä-1990 Taiwanissa oli vain muutama tusina yksikköä; nyt se on noussut tuhansiin. Tällä hetkellä maassamme on yli sata kenttäemissiopistoolin lähetyselektronimikroskooppia. Perinteiset kuumavolframifilamentti (elektroni) pistoolipyyhkäisyelektronimikroskoopit voivat saavuttaa korkeintaan vain 30nm resoluution; uuden sukupolven kenttäemissiopistoolipyyhkäisyelektronimikroskoopit voivat olla parempia kuin 1.0nm; Resoluutio on jopa 0.5nm-0.4nm. Niistä ympäristöpyyhkäisyelektronimikroskoopilla voidaan saavuttaa: todelliset "ympäristöolosuhteet", näytteet voidaan havaita 100 prosentin kosteusolosuhteissa; biologisia näytteitä ja johtamattomia näytteitä ei tarvitse pinnoittaa, ja ne voivat olla suoraan koneessa dynaamista tarkkailua ja analysointia varten; Koneen kolme käyttötapaa". Kolme työskentelytapaa: korkea alipaine, matala alipaine ja "ympäristö".
2. On pyrittävä kehittämään uuden sukupolven monokromaattorit ja pallopoikkeaman korjaajat elektronimikroskooppien resoluution parantamiseksi. Palloaberraatiokerroin: tavanomaisen transmissioelektronimikroskoopin pallopoikkeamakerroin Cs on noin mm; virransiirtoelektronimikroskoopin pallopoikkeamakerroin on pienennetty arvoon Cs<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. Elektronimikroskooppianalyysi on siirtymässä kohti tietokoneistamista ja verkottumista. Mittareiden ja laitteiden osalta pyyhkäisyelektronimikroskoopin nykyinen käyttöjärjestelmä on käyttänyt aivan uutta käyttöliittymää. Käyttäjän tarvitsee vain painaa hiirtä ymmärtääkseen elektronimikroskoopin linssin piipun ja sähköosien ohjauksen sekä automaattisen muistin ja eri parametrien säädön. Verkkojärjestelmän kautta voidaan suorittaa eri alueiden välillä esittelyjä, kuten näytteiden siirtämistä, kuvantamistilojen vaihtamista ja elektronimikroskoopin parametrien säätämistä. Elektronimikroskoopin kaukosäätimen toteuttamiseksi.
4. Elektronimikroskoopin tärkeä sovellus nanomateriaalien tutkimuksessa. Koska elektronimikroskoopin analyysitarkkuus on lähellä atomimittakaavaa, käyttämällä kenttäemissiopistoolin lähetyselektronimikroskooppia ja elektronisuihkua, jonka halkaisija on 0,13 nm, ei voida kerätä vain yhden Z-kontrastikuvaa atomi, vaan myös kerätä yhden atomin häviöspektrin elektronienergian. Toisin sanoen elektronimikroskoopilla voidaan samanaikaisesti saada atomi- ja elektroniikkarakennetiedot atomimittakaavassa olevista materiaaleista. Yksittäisten atomikuvien tarkkaileminen näytteissä on aina ollut tiedeyhteisön pitkäjänteinen harrastus. Atomin halkaisija on noin 2-3mm 10 miljoonasosassa. Siksi jokaisen atomin sijainnin erottamiseksi tarvitaan elektronimikroskooppi, jonka resoluutio on noin 0,1 nm, ja se on suurennettava noin 10 miljoonaa kertaa. Ennustetaan, että kun materiaalin mittakaava pienennetään nanomittakaavaan, materiaalin optiset, sähköiset ja muut fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet voivat olla ainutlaatuisia. Siksi nanomateriaalien, kuten nanopartikkelien, nanoputkien ja nanolankojen, valmistuksesta sekä niiden rakenteiden ja ominaisuuksien välisen suhteen tutkimuksesta on tullut tutkimuskohde, johon ihmiset ovat kiinnittäneet erityistä huomiota. Käyttämällä elektronimikroskooppia, yleensä transmissioelektronimikroskoopilla, jossa on yli 200 KV:n ultrakorkea tyhjiökenttäemissiopistooli, voidaan havaita korkearesoluutioisia elektronimikroskooppikuvia nanofaaseista ja nanolangoista, elektronidiffraktiokuvioita ja nanomateriaalien elektronienergiahäviöspektrejä. Esimerkiksi hiilinanoputkia, joiden sisähalkaisija oli 0,4 nm, Si-CN nanosauvoja ja Li-seostettuja Si-puolijohteen nanolankoja havaittiin elektronimikroskoopilla. Biolääketieteen alalla nanokolloidinen kultateknologia, nano-seleeni terveydenhuollon kapselit, nanotason organellirakenteet ja nanorobotit, jotka voivat olla jopa bakteereja pieniä, valvovat veripitoisuuksia verisuonissa ja poistavat veritulppia verestä alusten voidaan sanoa olevan kaikki tutkimuksia. Erottamaton työkaluelektronimikroskoopista. Lyhyesti: SEM:stä ja TEM:stä on tulossa yhä tärkeämpiä materiaalitieteissä, erityisesti nanoteknologiassa. Stabiilin ja toimivuuden paraneminen tekee elektronimikroskoopista ei enää muutamien asiantuntijoiden käyttämän instrumentin, vaan suositun työkalun; korkeampi resoluutio on edelleen tärkein suunta elektronimikroskoopin kehitykselle; pyyhkäisyelektronimikroskoopin ja transmissioelektronimikroskoopin sovellus on muuttunut karakterisoinnista ja analyysi on kehittynyt in situ -kokeisiin ja nanonäkyviin prosesseihin; Focused ion beam (FIB) on käytetty yhä enemmän nanomateriaalien tieteellisessä tutkimuksessa; Tehokkain työkalu nanoprototyyppien tekemiseen; Korjaavan STEM:n (Titan) tavoite: 3D-rakenteen karakterisointi 0,5Å resoluutiolla vuonna 2008.
5. Kryoelektronimikroskoopia ja kolmiulotteinen rekonstruktiotekniikka ovat tämän hetken tutkimuskohteita bioelektronimikroskoopissa. Kryoelektronimikroskooppitekniikka ja kolmiulotteinen rekonstruktiotekniikka ovat tämän hetken tutkimuskohteita bioelektronimikroskoopissa. Se käsittelee pääasiassa kryoelektronimikroskoopin käyttöä (johon sisältyy myös kryoelektronimikroskoopin soveltaminen nestemäisellä heliumkylmätasolla) ja tietokoneella käytettävän kolmiulotteisen kuvan rekonstruktiotekniikan käyttöä makromolekyylien ja niiden kompleksien biologisen kolmiulotteisen rakenteen määrittämiseen. Kuten kryoelektronimikroskoopin käyttö virusten kolmiulotteisen rakenteen määrittämiseksi ja kalvoproteiinien kaksiulotteisten kiteiden kasvu yksikerroksisilla lipidikalvoilla ja niiden elektronimikroskoopilla tapahtuva tarkkailu ja analyysi. Rakennebiologia on herättänyt ihmisten suurta huomiota nykyään, koska biologista maailmaa systeemisestä näkökulmasta katsottuna sillä on erilaisia hierarkkisia rakenteita: yksilö ® elin ® kudos ® solu ® biomakromolekyyli. Vaikka biomakromolekyylit ovat alimmalla tasolla, ne määrittävät korkean tason järjestelmien väliset erot. Kolmiulotteinen rakenne määrää toiminnan. Rakenne on sovelluksen perusta: lääkesuunnittelu, geenimuuntelu, rokotteiden tutkimus ja kehitys, keinotekoinen proteiinien rakentaminen jne. Jotkut ennustavat rakennebiologian läpimurtojen tuovan vallankumouksellisia muutoksia biologiaan. Elektronimikroskopia on yksi tärkeimmistä rakenteen määritysmenetelmistä. Matalan lämpötilan elektronimikroskopian edut ovat: näyte on vettä sisältävässä tilassa ja molekyylit luonnollisessa tilassa; koska näyte on säteilyvaurioitunut, havainnointiin on käytettävä pieniannoksista tekniikkaa; havaintolämpötila on alhainen, mikä parantaa näytteen säteilynkestävyyttä; Näytteitä voidaan jäädyttää eri tilassa molekyylirakenteiden muutosten tarkkailemiseksi. Näiden tekniikoiden avulla erilaisten biologisten näytteiden havainto- ja analyysitulokset ovat lähempänä todellista tilaa.
6. Suorituskykyiset CCD-kamerat ovat tulossa yhä suositumpia. Elektronimikroskopeissa käytettävien CCD:iden etuja ovat korkea herkkyys, alhainen kohina ja korkea signaali-kohinasuhde. Saman pikselin alla CCD-kuvauksessa on usein hyvä läpinäkyvyys ja terävyys, ja värien toiston ja valotuksen voidaan taata periaatteessa tarkasti. Kameran kuvan resoluutio/resoluutio on se, kuinka monta pikseliä usein sanomme. Käytännön sovelluksissa kamera Mitä korkeammat pikselit ovat, sitä parempi on otetun kuvan laatu. Mitä korkeammat pikselit ovat samalle kuvalle, sitä vahvempi on kyky analysoida kuvaa, mutta sen tallennettavan datan määrä on paljon suurempi, joten tallennuslaitevaatimukset ovat paljon korkeammat. Nykypäivän TEM-kentällä uudet tuotteet ovat täysin tietokoneohjattuja, ja kuvanoton täydentää korkearesoluutioinen CCD-kamera valokuvausfilmin sijaan. Digitaalisen tekniikan trendi ajaa TEM-sovellusten ja jopa koko laboratoriotyön vallankumousta kaikilta osin. Varsinkin kuvankäsittelyohjelmistojen osalta monet asiat, joita aiemmin pidettiin mahdottomina, ovat tulossa todeksi.
