Introduktion til billeddannelsesprincipper for transmissionselektronmikroskopi
Strukturen af transmissionselektronmikroskopet består af to dele: Hoveddelen er belysningssystemet, billeddannelsessystemet og observationsstudiet; hjælpedelen er vakuumsystemet og det elektriske system.
1. Belysningssystem
Systemet er opdelt i to dele: elektronkanon og kondensator. En elektronkanon består af en filament (katode), et gitter og en anode. Varmetråden udsender en stråle af elektroner. Når en spænding påføres anoden, accelereres elektronerne. Potentialeforskellen mellem anode og katode er den samlede accelerationsspænding. Accelererede elektroner med energi udstødes fra huller i anodepladen. Energien af den udsendte elektronstråle er relateret til accelerationsspændingen, og gitteret spiller rollen som styring af elektronstrålens form. Elektronstrålen har en vis divergensvinkel. Efter justering af kondensatorlinsen kan en parallel elektronstråle med en lille eller endda nul divergensvinkel ses. Strømtætheden (strålestrømmen) af elektronstrålen kan justeres ved at justere strømmen af kondensatorlinsen.
Størrelsen af området på prøven, der skal belyses, er relateret til forstørrelsen. Jo højere forstørrelsen er, jo mindre er det oplyste område. Derfor kræves en finere elektronstråle for at bestråle prøven. Strålepletstørrelsen af elektronstrålen, der udsendes direkte af elektronkanonen, er større, og sammenhængen er også dårlig. For at udnytte disse elektroner mere effektivt og opnå belysningselektronstråler med høj lysstyrke og god sammenhæng for at imødekomme behovene for transmissionselektronmikroskoper ved forskellige forstørrelser, skal elektronstrålerne, der udsendes af elektronkanonen, konvergeres yderligere for at give forskellige strålepunkter. størrelse. , omtrent parallelle belysningsstråler. Denne opgave udføres normalt af to elektromagnetiske linser kaldet kondensatorer. I figuren repræsenterer C1 og C2 henholdsvis den første kondensator og den anden kondensator. C1 forbliver normalt den samme, og dens rolle er at indstille skæringspunktet mellem elektronkanonerne for at reducere størrelsen af billedet med mere end en størrelsesorden. Derudover er der installeret en strålehældningsanordning i belysningssystemet, som nemt kan vippe elektronstrålen i området fra 2 grader til 3 grader for at belyse prøven ved forskellige hældningsvinkler.
2. Billedbehandlingssystem
Systemet omfatter elektroniske optiske elementer såsom prøvekammer, objektivlinse, mellemspejl, kontrastmembran, diffraktionsmembran, projektionslinse osv. Prøvekammeret har en mekanisme, der sikrer, at hovedlegemets vakuum ikke beskadiges under hyppige prøveskift. . Prøven kan flyttes i X- og Y-retningerne for at finde den position, der skal observeres. Den parallelle elektronstråle opnået af den konvergerende linse bestråler prøven og bærer information, der afspejler prøvens karakteristika efter at have passeret prøven. Det elektroniske billede dannes under påvirkning af objektivlinsen og kontrastblænden og forstørres derefter af mellemspejlet og projektionslinsen. Det endelige elektroniske billede opnås på en fluorescerende skærm.
Belysningssystemet tilvejebringer en sammenhængende lysende elektronstråle, som bærer den strukturelle information af prøven efter at have passeret gennem prøven og udbreder sig i forskellige retninger (for eksempel, når der er en krystalfladegruppe, der opfylder Bragg-ligningen, kan der genereres 2 vinkler i retningen, der skærer den indfaldende stråle, diffrakteret stråle). Mål vil komme fra forskellige dele af prøven med samme udbredelsesretning. Elektroner konvergerer til en enkelt plet på det bagerste brændplan, og elektroner, der bevæger sig i forskellige retninger, danner forskellige pletter i overensstemmelse hermed. En direkte stråle med nul spredningsvinkel konvergerer ved objektivets brændpunkt og danner et centralt sted. På denne måde dannes et diffraktionsmønster på objektivets bagerste brændplan. På objektivets billedplan rekombinerer disse elektronstråler til kohærent billeddannelse. Ved at justere mellemlinsens linsestrøm er mellemlinsens objektplan og objektivlinsens bageste brændplan sammenfaldende, hvilket kan vises på den fluorescerende skærm. Diffraktionsmønsteret opnået ovenfor kan få objektplanet af den mellemliggende linse til at falde sammen med billedplanet for objektivlinsen, hvorved der opnås et mikroskopisk billede. Gennem samarbejdet mellem de to mellemspejle kan kameraets længde og forstørrelse justeres inden for et større område.
3. Observationsstudie
Det elektroniske billede reflekteres på den fluorescerende skærm. Det fluorescerende lys er proportional med elektronstrålestrømmen. Brug en elektronisk tør plade i stedet for en fluorescerende skærm til at tage billeder. Den lysfølsomme evne af den tørre plade er relateret til dens bølgelængde.
4. Vakuumsystem
Vakuumsystemet består af mekanisk pumpe, oliediffusionspumpe, ionpumpe, vakuummåleinstrument og vakuumrørledning. Dens funktion er at fjerne gassen i linserøret, så vakuumgraden af linserøret skal nå mindst 10-5 Torr, og den bedste vakuumgrad kan nå 10-9-10-10 Torr. Hvis vakuumet er lavt, kan kollisioner mellem elektroner og gasmolekyler forårsage spredning og påvirke kontrasten. Det vil også forårsage højspændingsionisering mellem elektronnettet og anoden, hvilket forårsager interelektrodeafladning. Resterende gasser kan også korrodere filamentet og forurene prøven.
5. Strømstyringssystem
Ustabiliteten af accelererende spænding og linsens magnetiske strøm kan forårsage alvorlig kromatisk aberration og reducere opløsningen af elektronmikroskop. Derfor er stabiliteten af accelererende spænding og linsestrøm et vigtigt kriterium for at måle ydeevnen af elektronmikroskop. TEM-kredsløbet er hovedsageligt sammensat af følgende dele: højspændings-DC-strømforsyning, linse-excitationsstrømforsyning, afbøjningsspolestrømforsyning, elektronkanon-filament-varmestrømforsyning, vakuumsystemkontrolkredsløb, vakuumpumpestrømforsyning, kameradrevenhed og automatisk eksponering kredsløb.
Derudover er mange højtydende elektronmikroskoper udstyret med scanningstilbehør, energispektroskopi, elektronenergitabsspektroskopi.
