Svjetlosni i elektronski mikroskopi. Elektronska mikroskopija

Transmisijski elektronski mikroskop je uređaj za dobivanje uvećanih slika mikroskopskih objekata, koji koristi elektronske zrake. Elektronski mikroskopi imaju veću rezoluciju od optičkih mikroskopa, a mogu se koristiti i za dobivanje dodatnih informacija o materijalu i strukturi predmeta.
Prvi elektronski mikroskop konstruirali su njemački inženjeri Ernst Ruska i Max Barrel 1931. godine. Ernst Ruska je za ovo otkriće dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1986. godine. Podijelio ju je s izumiteljima tunelskog mikroskopa jer je Nobelov odbor smatrao da su izumitelji elektronskog mikroskopa nepravedno zaboravljeni.
Elektronski mikroskop koristi fokusirane zrake elektrona za proizvodnju slika koje bombardiraju površinu predmeta koji se proučava. Slika se može promatrati različiti putevi– u zrakama koje su prošle kroz objekt, u reflektiranim zrakama, registrirajući sekundarne elektrone ili x-zrake. Fokusiranje elektronskog snopa pomoću posebnih elektronskih leća.
Elektronski mikroskopi mogu povećati slike 2 milijuna puta. Visoka rezolucija elektronskih mikroskopa postiže se zbog kratke valne duljine elektrona. Dok je valna duljina vidljive svjetlosti u rasponu od 400 do 800 nm, valna duljina elektrona ubrzanog na potencijalu od 150 V je 0,1 nm. Dakle, elektronski mikroskopi mogu praktički vidjeti objekte veličine atoma, iako je to teško postići u praksi.
Shema strukture elektronskog mikroskopa Struktura elektronskog mikroskopa može se razmotriti na primjeru uređaja koji radi u prijenosu. Monokromatski snop elektrona formira se u elektronskom topu. Njegove karakteristike poboljšane su sustavom kondenzatora koji se sastoji od dijafragme kondenzatora i elektroničkih leća. Ovisno o vrsti leće, magnetskoj ili elektrostatičkoj, razlikuju se magnetski i elektrostatički mikroskop. Nakon toga, zraka pogađa predmet, raspršujući se po njemu. Raspršena zraka prolazi kroz otvor blende i ulazi u leću objektiva, koja je dizajnirana za rastezanje slike. Rastegnuti snop elektrona uzrokuje da fosfor svijetli na ekranu. Moderni mikroskopi koriste nekoliko razina povećanja.
Dijafragma otvora leće elektronskog mikroskopa je vrlo mala i iznosi stotinke milimetra.
Ako se snop elektrona s nekog objekta usmjeri izravno na ekran, tada će objekt na njemu izgledati tamno, a oko njega će se formirati svijetla pozadina. Ova slika se zove Svitlopolnym. Ako u otvor leće objektiva ne ulazi osnovna zraka, već raspršena, tada tamno polje Slike. Slika u tamnom polju je kontrastnija od slike u svijetlom polju, ali joj je rezolucija manja.
Ima ih mnogo različite vrste i nacrte elektronskih mikroskopa. Glavni su:

Transmisijski elektronski mikroskop je uređaj u kojem snop elektrona prolazi kroz predmet.

Skenirajući elektronski mikroskop omogućuje vam proučavanje pojedinačnih područja objekta.

Skenirajući elektronski mikroskop koristi sekundarne elektrone izbačene elektronskom zrakom za ispitivanje površine predmeta.

Reflektorski elektronski mikroskop koristi elastično raspršene elektrone.

Elektronski mikroskop također može biti opremljen sustavom za detekciju X-zraka, koje emitiraju visoko pobuđeni atomi tvari kada se sudare s elektronima visoke energije. Kada se elektron izbaci iz unutarnje elektronske ljuske, nastaje karakteristično rendgensko zračenje čijim proučavanjem je moguće utvrditi kemijski sastav materijala.
Proučavanje spektra neelastično-raspršenih elektrona omogućuje dobivanje informacija o karakterističnim elektronskim pobuđenjima u materijalu predmeta koji se proučava.
Elektronski mikroskopi imaju široku primjenu u fizici, znanosti o materijalima i biologiji.

Jučer sam slikao bijeli Audi. Ispala je sjajna fotografija Audija sa strane. Šteta što se tuning ne vidi na fotografiji.

tehnološka arheologija)
Neki elektronski mikroskopi obnavljaju, drugi firmware svemirska letjelica, a treći se bave obrnutim inženjeringom dizajna sklopova mikrosklopova pod mikroskopom. Pretpostavljam da je aktivnost užasno uzbudljiva.
I, usput, sjetio sam se divnog posta o industrijskoj arheologiji.

Spojler

Postoje dvije vrste korporativne memorije: ljudi i dokumentacija. Ljudi pamte kako stvari funkcioniraju i znaju zašto. Ponekad te podatke negdje zapišu i negdje pohrane svoje bilješke. To se zove "dokumentacija". Korporativna amnezija funkcionira na isti način: ljudi odlaze, a dokumentacija nestaje, trune ili se jednostavno zaboravi.

Proveo sam nekoliko desetljeća radeći za veliku petrokemijsku tvrtku. Početkom 1980-ih projektirali smo i izgradili postrojenje koje pretvara ugljikovodike u druge ugljikovodike. Tijekom sljedećih 30 godina, korporativno sjećanje na biljku je izblijedjelo. Da, tvornica još uvijek radi i donosi novac tvrtki; održavanje se provodi, a vrlo mudri stručnjaci znaju što trebaju potegnuti i gdje šutnuti kako bi postrojenje nastavilo raditi.

Ali tvrtka je potpuno zaboravila kako ovo postrojenje radi.

To se dogodilo zbog nekoliko čimbenika:

Pad petrokemijske industrije 1980-ih i 1990-ih godina uzrokovao je da prestanemo zapošljavati nove ljude. U kasnim 1990-ima našu grupu su činili momci ispod 35 ili stariji od 55 godina - uz vrlo rijetke iznimke.
Polako smo prešli na projektiranje pomoću računalnih sustava.
Zbog korporativnih reorganizacija morali smo cijeli ured fizički premjestiti s mjesta na mjesto.
Korporativno spajanje nekoliko godina kasnije potpuno je raspalo našu tvrtku u veću, uzrokujući veliku rekonstrukciju odjela i preustroj osoblja.
Industrijska arheologija

Početkom 2000-ih nekolicina mojih kolega i ja otišli smo u mirovinu.

U kasnim 2000-ima, tvrtka se sjetila biljke i mislila je da bi bilo lijepo učiniti nešto s njom. Recimo, povećati proizvodnju. Na primjer, možete pronaći usko grlo u proces proizvodnje i poboljšati ga - tehnologija nije stala tih 30 godina - i možda dodati još jednu radionicu.

A onda društvo uleti u zid od cigli. Kako je ovo postrojenje izgrađeno? Zašto je izgrađeno ovako, a ne drugačije? Kako to točno radi? Zašto je potrebna bačva A, zašto su radionice B i C povezane cjevovodom, zašto cjevovod ima promjer D, a ne D?

Korporativna amnezija na djelu. Ogromni strojevi, koje su vanzemaljci izgradili uz pomoć svoje vanzemaljske tehnologije, rade kao navijeni, proizvodeći gomile polimera. Tvrtka ima neku ideju o tome kako održavati ove strojeve, ali nema pojma kakva se nevjerojatna magija događa unutra, a nitko nema ni najmanju ideju kako su stvoreni. Općenito, ljudi nisu ni sigurni što točno tražiti, i ne znaju s koje strane odmrsiti ovo klupko.

Tražimo momke koji su već radili u firmi za vrijeme izgradnje ovog pogona. Sada zauzimaju visoke položaje i sjede u zasebnim, klimatiziranim uredima. Dobivaju zadatak pronaći dokumentaciju za naznačeno postrojenje. Ovo više nije korporativno pamćenje, više je kao industrijska arheologija. Nitko ne zna kakva dokumentacija postoji za ovo postrojenje, postoji li uopće i ako postoji u kojem je obliku pohranjena, u kojim formatima, što sadrži i gdje se fizički nalazi. Postrojenje je projektirano projektni tim, koja više ne postoji, u tvrtki koja je u međuvremenu stečena, u uredu koji je zatvoren, koristeći metode prije računalnog doba koje se više ne koriste.

Dečki se prisjećaju djetinjstva uz obavezno kopanje po blatu, zasuču rukave skupih jakni i prionu na posao.

uređaj za promatranje i fotografiranje višestruko (do 10 6 puta) uvećanih slika objekata, u kojem se umjesto svjetlosnih zraka koriste snopovi koji se u uvjetima dubokog vakuuma ubrzavaju do visokih energija (30-100 keV ili više). Fizičke osnove korpuskularno-zraka optički instrumenti utemeljio je 1834. (gotovo stotinu godina prije pojave elektronskog mikroskopa) U. R., koji je uspostavio analogije između svjetlosnih zraka u optički nehomogenim medijima i putanja čestica u polja sile. Izvedivost stvaranja elektronskog mikroskopa postala je očita nakon njegovog napretka 1924. godine, a tehničke preduvjete stvorio je njemački fizičar H. Busch, koji je proučavao fokusna osnosimetrična polja i razvio magnetsku elektronsku leću (1926.). Godine 1928. njemački znanstvenici M. Knoll i E. Ruska počeli su stvarati prvi magnetski prijenosni elektronski mikroskop (TEM) i tri godine kasnije dobili sliku objekta formiranog zrakama. Sljedećih godina (M. von Ardenne, 1938.; V.K., 1942.) izgrađeni su prvi rasterski elektronski mikroskopi (SEM), koji su radili na principu skeniranja (brisanje), tj. sekvencijalnog kretanja tanke elektronske zrake od točke do točke ( sonda) po objektu. Do sredine 1960-ih. SEM-ovi su dosegli visoko tehničko savršenstvo i od tada se počinju koristiti u znanstveno istraživanje. FEM-ovi imaju najviše (PC), nadmašujući u ovom parametru svjetlosni mikroskopi nekoliko tisuća puta. T.n. Granica razlučivosti, koja karakterizira uređaj za zasebno prikazivanje najmanjih mogućih detalja objekta, je 2-3 za TEM. Na povoljni uvjeti pojedinačni teški atomi mogu se fotografirati. Kod fotografiranja periodičnih struktura, kao što su atomske kristalne rešetke, moguće je postići razlučivost manju od 1 . Tako visoke rezolucije postižu se zahvaljujući iznimno kratkoj duljini (vidi). Optimalni otvor blende [vidi. u elektronskoj (i ionskoj) optici] može se smanjiti (utječući na PC elektronski mikroskop) s dovoljno malom pogreškom difrakcije. Učinkovite metode nije pronađena korekcija u elektronskom mikroskopu (vidi). Stoga su u TEM-ovima magnetski (EL) koji imaju manje vrijednosti u potpunosti zamijenili elektrostatski EL. PEM se proizvode za razne namjene. Mogu se podijeliti u 3 skupine: elektronski mikroskop visoke rezolucije, pojednostavljeni TEM i elektronski mikroskop velike akceleracije.

TEM visoke rezolucije(2-3 Å) - poput, višenamjenskih uređaja. Pomoću dodatni uređaji i privitke u njima, možete naginjati objekt pod različitim velikim kutovima u odnosu na optičku os, zagrijavati, hladiti, deformirati ga, provoditi istraživačke metode itd. Ubrzavanje elektrona doseže 100-125 kV, podesivo je u koracima i vrlo je stabilno: u 1-3 minute mijenja se ne više od 1-2 ppm od originala. Prikazana je slika tipičnog TEM-a opisane vrste riža. 1. U svom optičkom sustavu (stupa) pomoću posebnog vakuumski sustav stvara se vakuum (do 10 -6 mm Hg). Dijagram TEM optičkog sustava prikazan je na riža. 2. Zraka, koja služi kao grijana katoda, (formira se u prvom i drugom kondenzatoru, a potom dva puta fokusira, stvarajući malu elektroničku "točku" na objektu (prilikom podešavanja točke, može varirati od 1 do 20 mikrona) Nakon toga, dio se raspršuje kroz dijafragmu. Neraspršeni elektroni prolaze kroz srednju leću objekta. Ovdje nastaje prva uvećana leća Posljednja projekcijska leća stvara sliku pod utjecajem elektrona objekta, budući da se debljina i kemijski sastav objekta mijenjaju od točke do točke, broj elektrona koje zadržava dijafragma otvora nakon prolaska kroz različite točke objekta mijenja se u skladu s tim, a posljedično i broj elektrona koje zadržava otvor. dijafragma nakon prolaska kroz različite točke objekta mijenja gustoću struje na slici, koja se pretvara u na ekranu. Ispod ekrana nalazi se časopis s fotografskim pločama. Prilikom fotografiranja ekran se uklanja i elektroni djeluju na sloj emulzije. Slika se fokusira glatkom promjenom struje koja pobuđuje leću. Struje drugih leća su prilagođene za promjenu povećanja Elektronski mikroskop

Riža. 3. Ultravisokonaponski elektronski mikroskop (UHVEM): 1 - spremnik u koji se pumpa električni izolacijski plin (SF6 plin) do tlaka 3-5 atm; 2 - elektronski top; 3 - ubrzavajuća cijev; 4 - kondenzatori izvora visokog napona; 5 - blok kondenzatorskih leća; 6 - leća; 7, 8, 9 - projekcijske leće; 10 - svjetlosni mikroskop; 11 - upravljačka ploča.

Skenirajući elektronski mikroskop (SEM) sa žarnom katodom dizajnirani su za proučavanje masivnih objekata s rezolucijom od 70 do 200 Å. Akcelerator u SEM-u može se podesiti u rasponu od 1 do 30-50 kV.

Prikazan je uređaj skenirajućeg elektronskog mikroskopa riža. 4. Korištenjem 2 ili 3 EL-a, uska elektronska sonda se fokusira na uzorak. Magnetski deflektori postavljaju sondu preko određenog područja objekta. Kada sonda stupi u interakciju s objektom, pojavljuje se nekoliko vrsta ( riža. 5) - sekundarni i reflektirani elektroni; elektroni koji prolaze kroz objekt (ako je tanak); X-zraka i karakteristika; zračenje, itd.

Riža. 5. Shema za bilježenje informacija o objektu primljenih u SEM. 1 - primarni elektronski snop; 2 - sekundarni detektor elektrona; 3 - detektor X-zraka; 4 - detektor reflektiranih elektrona; 5 - detektor svjetlosno zračenje; 6 - detektor propuštenih elektrona; 7 - uređaj za mjerenje električnog potencijala induciranog na objektu; 8 - uređaj za mjerenje struje elektrona koji prolaze kroz objekt; 9 - uređaj za mjerenje struje elektrona apsorbiranih u objektu.

Svako od ovih zračenja može se zabilježiti odgovarajućim kolektorom koji sadrži senzor koji pretvara u električno zračenje, koje se nakon pojačanja dovodi do (CRT) i modulira njegov snop. Skeniranje CRT snopa provodi se skeniranjem elektronske sonde u SEM-u, a uvećana slika objekta promatra se na CRT ekranu. Povećanje je jednako omjeru visine okvira na CRT ekranu i širine skeniranog objekta. Slika se fotografira izravno s CRT zaslona. Glavna prednost SEM-a je visok informativni sadržaj uređaja, zbog mogućnosti promatranja slike pomoću razni senzori. Uz pomoć SEM-a moguće je studirati kemijski sastav po objektu, p-n spojevima, proizvodnji i još mnogo toga. Uzorak se obično ispituje bez prethodna priprema. SEM se također koristi u tehnološki procesi(defekti čipa, itd.). Visoka za SEM PC ostvaruje se pri formiranju slika pomoću sekundarnog . Određen je promjerom zone iz koje se ti elektroni emitiraju. Veličina zone pak ovisi o promjeru sonde, svojstvima objekta, elektronima primarnog snopa itd. Pri velikoj dubini prodiranja primarnih elektrona sekundarni procesi koji se razvijaju u svim smjerovima povećavaju promjer zone i PC smanjuje. Sekundarni detektor elektrona sastoji se od fotomultiplikatora i elektron-fotonskog pretvarača, od kojih su dva glavna elementa - ekstraktor u obliku mreže pod pozitivnim potencijalom (do nekoliko stotina V), i akcelerator; potonji osigurava zarobljenim sekundarnim elektronima energiju potrebnu za . Oko 10 kV se primjenjuje na elektrodu za ubrzavanje; Obično se sastoji od aluminijske prevlake na scintilatoru. Broj bljeskova scintilatora proporcionalan je broju sekundarnih bljeskova emitiranih na danoj točki objekta. Nakon pojačanja, PMT i signal se moduliraju CRT zrakom. Veličina signala ovisi o uzorku, prisutnosti lokalnih električnih i magnetskih mikropolja, vrijednosti , koja pak ovisi o kemijskom sastavu uzorka u danoj točki. Reflektirani elektroni se bilježe poluvodičkim (silicijevim) uređajem. Kontrast slike nastaje zbog ovisnosti o kutu upada primarne zrake i atomskom broju. Razlučivost slike dobivene "u reflektiranim elektronima" niža je od one dobivene korištenjem sekundarnih (ponekad za red veličine). Zbog ravnomjernosti leta elektrona do kolektora gubi se informacija o pojedinim područjima iz kojih nema izravnog puta do kolektora (pojavljuju se sjene). Karakteristika se izolira pomoću kristalnog X-zraka ili energetsko-disperzijskog senzora - poluvodičkog detektora (obično izrađenog od čistog silicija dopiranog litijem). U prvom slučaju, kvante rendgenskih zraka, nakon refleksije od kristala spektrometra, snima plinski spektrometar, au drugom se signal uzet iz poluvodiča pojačava niskošumnim (koji se hladi tekućim dušikom). za smanjenje šuma) i naknadni sustav pojačanja. Signal iz kristala modulira CRT zraku, a na ekranu se pojavljuje slika jednog ili drugog. kemijski element po objektu. SEM također proizvodi lokalne X-zrake. Energetski disperzivni detektor registrira sve elemente od Na do U s visokom osjetljivošću. Kristalni spektrometar, koji koristi skup kristala s različitim interplanarnim (vidi) pokrovima od Be do U. Značajan nedostatak SEM - dugo trajanje procesa "uklanjanja" informacija pri proučavanju objekata. Relativno visok PC može se dobiti korištenjem elektronske sonde dovoljno malog promjera. Ali u isto vrijeme, sonda se smanjuje, zbog čega se utjecaj naglo povećava, smanjujući omjer korisnog signala i šuma. Kako bi se osiguralo da omjer signala i šuma ne padne ispod zadane razine, potrebno je usporiti skeniranje kako bi se dovoljno nakupilo na svakoj točki objekta veliki broj primarni (i odgovarajući sekundarni). Kao rezultat toga, računalo se implementira samo pri niskim brzinama skeniranja. Ponekad se jedan okvir formira unutar 10-15 minuta.

Riža. 6. Shematski dijagram transmisijski skenirajući elektronski mikroskop (STEM): 1 - katoda za emisiju polja; 2 - srednja anoda; 3 - anoda; 4 - sustav otklona za podešavanje snopa; 5 - dijafragma "osvjetljivača"; 6, 8 - otklonski sustavi za skeniranje elektronske sonde; 7 - magnetska dugofokusna leća; 9 - dijafragma otvora; 10 - magnetska leća; 11 - objekt; 12, 14 - sustavi otklona; 13 - prstenasti kolektor raspršenih elektrona; 15 - sakupljač neraspršenih elektrona (uklanja se pri radu sa spektrometrom); 16 - magnetski spektrometar u kojem se rotiraju elektronske zrake magnetsko polje na 90°; 17 - sustav otklona za odabir elektrona s različitim gubicima energije; 18 - prorez spektrometra; 19 - kolektor; SE - tok sekundarnih elektrona hn - rendgensko zračenje.

SEM s pištoljem za emisiju polja imaju visok PC za SEM (do 30 Å). U pištolju za emisiju polja (kao u) koristi se katoda u obliku vrha, na čijem se vrhu pojavljuje jak val koji izvlači elektrone iz katode (vidi). Svjetlina elektrona pištolja s katodom za emisiju polja je 10 3 -10 4 puta veća nego kod pištolja s vrućom katodom. Sukladno tome, struja elektronske sonde raste. Stoga se u SEM-u s pištoljem za emisiju polja provode brza skeniranja, a sonda se smanjuje kako bi se povećao PC. Međutim, katoda s emisijom polja radi stabilno samo u ultravisokom vakuumu (10 -9 -10 -11 mmHg), a to komplicira dizajn takvih SEM-ova i rad na njima.

Transmisijski skenirajući elektronski mikroskop (STEM) imaju isti visoki PC kao PEM. Ovi uređaji koriste topove za emisiju polja, osiguravajući dovoljno u sondi promjera do 2-3 Å. Na riža. 6 Prikazan je shematski prikaz PREM-a. Dva smanjuju promjer sonde. Ispod objekta nalaze se - središnji i prsten. Na prvu padaju neraspršeni elektroni, a nakon pojačanja odgovarajućih signala dolazi do tzv. slika svijetlog polja. Raspršeni elektroni skupljaju se na prstenastom detektoru, stvarajući tzv. slika tamnog polja. U STEM-u je moguće proučavati deblje objekte nego u TEM-u, budući da povećanje broja neelastično raspršenih objekata s debljinom ne utječe na rezoluciju (nakon objekta nema optike u STEM-u). Uz pomoć energije, elektroni koji prolaze kroz objekt razdvajaju se na elastično i neelastično raspršene zrake. Svaka zraka pogađa vlastiti detektor i odgovarajuću sliku koja sadrži Dodatne informacije o objektu koji se raspršuje. Visoka rezolucija u STEM-u postiže se sporim skeniranjem, budući da je u sondi promjera samo 2-3 Å struja premala.

Elektronski mikroskop mješovitog tipa. Kombinacija u jednom uređaju principa formiranja slike sa stacionarnim snopom (kao u TEM) i skeniranja tanke sonde preko objekta omogućila je realizaciju prednosti TEM, SEM i STEM u takvom elektronskom mikroskopu. Trenutačno svi TEM-ovi pružaju mogućnost promatranja objekata u rasterskom načinu (koristeći kondenzatorske leće i stvaranje smanjene slike koja se skenira preko objekta sustavima za otklon). Osim slike koju stvara stacionarna zraka, dobiva se rasterske slike na CRT ekranima pomoću odaslanih i sekundarnih elektrona, karakteristika itd. Optički sustav Takav TEM, smješten iza objekta, omogućuje rad u režimima koji nisu izvedivi u drugim uređajima. Na primjer, možete istovremeno promatrati na CRT zaslonu i sliku istog objekta na zaslonu uređaja.

Emisija E. m. stvaraju sliku predmeta u elektronima, koje emitira sam objekt kada se zagrije, primarnim snopom i jakim električno polje, uklanjajući elektrone iz objekta. Ovi uređaji obično imaju usku namjenu.

Zrcalni elektronski mikroskop služe uglavnom za vizualizaciju elektrostatskog "potencijalnog reljefa" i magnetskih mikropolja na objektu. Glavni optički element uređaja je, a jedan od njih je i sam objekt koji se nalazi ispod malog negativni potencijal u odnosu na katodu pištolja. Elektronski snop je usmjeren u zrcalo i reflektiran od polja u neposrednoj blizini objekta. Ogledalo stvara sliku na ekranu "u reflektiranim zrakama". Mikropolja blizu površine objekta redistribuiraju elektrone reflektiranih zraka, stvarajući sliku koja vizualizira ta mikropolja.

Izgledi razvoja Elektronski mikroskop Povećanje PC-a na slikama neperiodičnih objekata na 1 Å ili više omogućit će snimanje ne samo teških već i lakih atoma i vizualizaciju na atomskoj razini. Kako bi se napravio elektronski mikroskop slične razlučivosti, povećava se brzina ubrzanja. Ser. Fizikalni“, knj.34, 1970.; Hawks P., i, trans. s engleskog, M., 1974.; Derkach V.P., Kiyashko G.F., Kukharchuk M.S., Electronoprobe devices, K., 1974; Stoyanova I. G., Anaskin I. F., Fizičke osnove metoda transmisijske elektronske mikroskopije, M., 1972; Oatley S. W., Pretražni elektronski mikroskop, Camb., 1972.; Grivet P., Elektronska optika, 2 izdanja, Oxf., 1972.

Povijest stvaranja elektronskog mikroskopa

Godine 1931. R. Rudenberg je dobio patent za prijenosni elektronski mikroskop, a 1932. M. Knoll i E. Ruska izradili su prvi prototip moderan uređaj. Zapažen je ovaj rad E. Ruska 1986. godine Nobelova nagrada iz fizike koju su dobili on i izumitelji skenirajućeg sondnog mikroskopa Gerd Karl Binnig i Heinrich Rohrer. Upotreba transmisijskih elektronskih mikroskopa za znanstvena istraživanja započela je kasnih 1930-ih, s prvim komercijalnim instrumentom koji je napravio Siemens.

Kasnih 1930-ih i ranih 1940-ih pojavili su se prvi skenirajući elektronski mikroskopi koji su formirali sliku objekta uzastopnim pomicanjem elektronske sonde malog presjeka preko objekta. Široka uporaba ovih uređaja u znanstvenim istraživanjima započela je šezdesetih godina prošlog stoljeća, kada su postigli značajnu tehničku izvrsnost.

Značajan skok (u 70-ima) u razvoju bila je uporaba Schottky katoda i katoda s hladnom emisijom polja umjesto termionskih katoda, ali njihova uporaba zahtijeva puno veći vakuum.

U kasnim 90-ima i ranim 2000-ima, kompjuterizacija i uporaba CCD detektora uvelike su povećali stabilnost i (relativnu) jednostavnost korištenja.

U posljednje desetljeće Suvremeni napredni prijenosni elektronski mikroskopi koriste korektore za sferne i kromatske aberacije (koji unose glavno izobličenje u rezultirajuću sliku), ali njihova uporaba ponekad značajno otežava korištenje uređaja.

Vrste elektronskih mikroskopa

Transmisijska elektronska mikroskopija

Predložak: prazan odjeljak

Početni prikaz elektronskog mikroskopa. Transmisijski elektronski mikroskop koristi snop elektrona visoke energije za formiranje slike. Elektronski snop se stvara pomoću katode (volfram, LaB 6 , Schottky ili emisija hladnog polja). Rezultirajući snop elektrona obično se ubrzava na +200 keV (koriste se različiti naponi od 20 keV do 1 meV), fokusira sustavom elektrostatskih leća, prolazi kroz uzorak tako da dio prolazi kroz raspršenje na uzorku, a dio ne. Dakle, elektronski snop koji prolazi kroz uzorak nosi informaciju o strukturi uzorka. Zraka zatim prolazi kroz sustav povećala i oblikuje sliku na fluorescentnom ekranu (obično napravljenom od cinkovog sulfida), fotografskoj ploči ili CCD kameri.

TEM rezolucija ograničena je uglavnom sfernom aberacijom. Neki moderni TEM-ovi imaju korektore sfernih aberacija.

Glavni nedostaci TEM-a su potreba za vrlo tankim uzorkom (oko 100 nm) i nestabilnost (razgradnja) uzoraka pod snopom.

Transmisijska rasterska (skenirajuća) elektronska mikroskopija (STEM)

Glavni članak: Transmisijski skenirajući elektronski mikroskop

Jedna od vrsta transmisijske elektronske mikroskopije (TEM), međutim, postoje uređaji koji rade isključivo u TEM modu. Snop elektrona prolazi kroz relativno tanak uzorak, ali za razliku od konvencionalne transmisijske elektronske mikroskopije, snop elektrona je fokusiran na točku koja se kreće po uzorku u rasteru.

Rasterska (pretražna) elektronska mikroskopija

Temelji se na televizijskom principu skeniranja tankog snopa elektrona preko površine uzorka.

Niskonaponska elektronska mikroskopija

Primjena elektronskih mikroskopa

Glavni svjetski proizvođači elektronskih mikroskopa

vidi također

Bilješke

Linkovi

• 15 najboljih slika elektronskog mikroskopa 2011. Slike na preporučenom mjestu nasumično su obojene i imaju više umjetničku nego znanstvenu vrijednost (elektronski mikroskopi proizvode crno-bijele slike, ne u boji).

Zaklada Wikimedia. 2010.

Kako radi elektronski mikroskop? Koja je njegova razlika od optičkog mikroskopa, postoji li analogija između njih?

Rad elektronskog mikroskopa temelji se na svojstvu nehomogenih električnih i magnetskih polja, koja imaju rotacijsku simetriju, da imaju fokusirajući učinak na elektronske zrake. Dakle, ulogu leća u elektronskom mikroskopu igra skup odgovarajuće izračunatih električnih i magnetskih polja; odgovarajući uređaji koji stvaraju ta polja nazivaju se "elektroničke leće".

Ovisno o vrsti elektroničkih leća elektronske mikroskope dijelimo na magnetske, elektrostatske i kombinirane.

Koje se vrste objekata mogu ispitivati ​​elektronskim mikroskopom?

Kao iu slučaju optičkog mikroskopa, objekti, prvo, mogu biti "samosvjetleći", odnosno služiti kao izvor elektrona. To je, na primjer, grijana katoda ili osvijetljena fotoelektronska katoda. Drugo, mogu se koristiti objekti koji su "prozirni" za elektrone koji imaju određenu brzinu. Drugim riječima, kada se radi u transmisiji, objekti moraju biti dovoljno tanki, a elektroni dovoljno brzi da prođu kroz objekte i uđu u sustav elektronskih leća. Osim toga, pomoću reflektiranih elektronskih zraka mogu se proučavati površine masivnih objekata (uglavnom metala i metaliziranih uzoraka). Ova metoda promatranja slična je metodama reflektivne optičke mikroskopije.

Prema prirodi proučavanja objekata, elektronski mikroskopi se dijele na transmisijske, refleksijske, emisione, rasterske, sjenovite i zrcalne.

Trenutno su najčešći prijenosni elektromagnetski mikroskopi, kod kojih sliku stvaraju elektroni koji prolaze kroz objekt promatranja. Sastoji se od sljedećih glavnih komponenti: sustava osvjetljenja, kamere za objekte, sustava za fokusiranje i jedinice za snimanje konačne slike, koja se sastoji od kamere i fluorescentnog zaslona. Svi su ti čvorovi međusobno povezani, tvoreći takozvani stupac mikroskopa, unutar kojeg se održava tlak. Sustav rasvjete obično se sastoji od troelektrodnog elektronskog topa (katoda, fokusna elektroda, anoda) i sabirne leće (govorimo o elektronskim lećama). Formira snop brzih elektrona potrebnog presjeka i intenziteta i usmjerava ga na predmet koji se proučava koji se nalazi u komori objekta. Snop elektrona koji prolazi kroz objekt ulazi u sustav za fokusiranje (projekciju) koji se sastoji od objektiva i jedne ili više projekcijskih leća.