Elektronmikroskop sammensætning
Sammensætning af elektronmikroskop
Hovedkomponenterne i er:
Elektronkilde: En katode, der frigiver frie elektroner, og en ringformet anode, der accelererer elektroner. Spændingsforskellen mellem katoden og anoden skal være meget høj, typisk mellem tusindvis af volt og 3 millioner volt.
Elektron: Bruges til at fokusere elektroner. Generelt bruges magnetiske linser, og nogle gange bruges elektrostatiske linser. Funktionen af en elektronlinse er den samme som en optisk linse i et optisk mikroskop. Fokus på en optisk linse er fast, mens fokus på en elektronisk linse kan justeres, så et elektronisk mikroskop ikke har et bevægeligt linsesystem som et optisk mikroskop.
Vakuumanordning: En vakuumanordning, der bruges til at opretholde en vakuumtilstand i et mikroskop, så elektroner ikke absorberes eller afbøjes i deres vej.
Prøvestativ: Prøven kan placeres stabilt på prøvestativet. Derudover er der ofte enheder, der kan bruges til at ændre prøven (såsom flytning, rotation, opvarmning, afkøling, strækning osv.).
Detektor: Et signal eller sekundært signal, der bruges til at indsamle elektroner. Projektionen af en prøve kan opnås direkte ved hjælp af et transmissionselektronmikroskop (TEM). I dette mikroskop passerer elektroner gennem prøven, så prøven skal være meget tynd. Atomvægten af de atomer, der udgør prøven, spændingen af de accelererende elektroner og den ønskede opløsning bestemmer tykkelsen af prøven. Tykkelsen af prøven kan variere fra nogle få nanometer til nogle få mikron. Jo højere atomvægt og jo lavere spænding, jo tyndere skal prøven være.
Ved at ændre objektivets linsesystem kan man direkte forstørre billedet af objektivlinsens brændpunkt. Herfra kan man få elektrondiffraktionsbilleder. Ved at bruge dette billede kan prøvens krystalstruktur analyseres.
I Energy Filtered Transmission Electron Microscope (EFTEM) måler folk hastighedsændringen af elektroner, når de passerer gennem prøven. Ud fra dette kan vi udlede den kemiske sammensætning af prøven, såsom fordelingen af kemiske elementer i prøven.
Elektronmikroskopets udviklingskursus
I 1931 modificerede M. Noel og E. Ruska fra Tyskland et højspændingsoscilloskop med en kold katodeudladningselektronkilde og tre elektronlinser og opnåede billeder, der blev forstørret med mere end ti gange. De opfandt et transmissionselektronmikroskop, der bekræfter muligheden for forstørrelsesbillede ved hjælp af et elektronmikroskop. I 1932, efter Ruskas forbedring, nåede elektronmikroskopets opløsningsevne 50 nanometer, omkring ti gange opløsningsevnen for det optiske mikroskop på det tidspunkt, hvilket brød opløsningsgrænsen for det optiske mikroskop. Derfor begyndte elektronmikroskopet at få opmærksomhed. I 1940'erne brugte Hill i USA en astigmatisator til at kompensere for elektronlinsens rotationsasymmetri, hvilket gjorde et nyt gennembrud i elektronmikroskopets opløsning og nåede gradvist et moderne niveau. I Kina blev et transmissionselektronmikroskop med en opløsning på 3 nanometer med succes udviklet i 1958. I 1979 blev et stort elektronmikroskop med en opløsning på 0,3 nanometer udviklet.
Konstruktionsprincippet for elektronmikroskop
Elektronmikroskopet består af en linsecylinder, et vakuumsystem og et strømskab. Linserøret omfatter hovedsageligt komponenter såsom en elektronkanon, en elektronlinse, en prøveholder, en fluorescerende skærm og en fotografisk mekanisme. Disse komponenter er normalt samlet i en søjle fra top til bund; Vakuumsystemet består af en mekanisk vakuumpumpe, en diffusionspumpe, en vakuumventil osv. og er forbundet til linserøret gennem et luftudsugningsrør; Strømskabet er sammensat af en højspændingsgenerator, en magnetiseringsstrømstabilisator og forskellige justerings- og kontrolenheder.
Elektronlinsen er den vigtigste komponent i linsebeholderen i et elektronmikroskop. Den bruger et rumligt elektrisk eller magnetisk felt, der er symmetrisk til linsecylinderens akse til at bøje elektronbanen mod aksen for at danne et fokus. Dens funktion svarer til en konveks glaslinse til at fokusere lysstrålen, så den kaldes en elektronlinse. De fleste moderne elektronmikroskoper bruger elektromagnetiske linser, som fokuserer elektroner med et stærkt magnetfelt genereret af en stabil DC-excitationsstrøm, der flyder gennem en spole med polsko.
Elektronkanonen er en komponent sammensat af en wolframtråd varm katode, en portelektrode og en katode. Den kan udsende og danne en elektronstråle med ensartet hastighed, så stabiliteten af accelerationsspændingen kræves ikke mindre end 1/10000.
