Princippet og strukturen af scanningselektronmikroskop
Scanning elektronmikroskop, det fulde navn på scanning elektronmikroskop, engelsk er scanning elektronmikroskop (SEM), er et elektronisk optisk instrument, der bruges til at observere overfladestrukturen af objekter.
1. Princippet om scanningselektronmikroskop
Fremstillingen af scanningselektronmikroskoper er baseret på elektronernes interaktion med stof. Når en stråle af højenergiske menneskelige elektroner bombarderer overfladen af et materiale, producerer excitationsområdet sekundære elektroner, Auger-elektroner, karakteristiske røntgenstråler og kontinuum-røntgenstråler, tilbagespredte elektroner, transmissionselektroner og elektromagnetisk stråling i det synlige, ultraviolette lys. og infrarøde områder. . Samtidig kan elektron-hul-par, gittervibrationer (fononer) og elektronoscillationer (plasmoner) også genereres. For eksempel kan indsamlingen af sekundære elektroner og tilbagespredte elektroner opnå information om materialets mikroskopiske morfologi; indsamlingen af røntgenstråler kan få oplysninger om materialets kemiske sammensætning. Scanningselektronmikroskoper fungerer ved at scanne en prøve med en ekstremt fin elektronstråle, der spændende sekundære elektroner på overfladen af prøven. Førsteordens elektronerne opsamles af detektoren, omdannes til optiske signaler af scintillatoren der og omdannes derefter til elektriske signaler af fotomultiplikatorrør og forstærkere, som styrer intensiteten af elektronstrålen på fosforskærmen og viser det scannede billede i synkronisering med elektronstrålen. Billederne er tredimensionelle billeder, der afspejler prøvens overfladestruktur.
2. Strukturen af scanning elektronmikroskop
(1) Linserør
Linserøret inkluderer elektronkanon, kondensatorlinse, objektivlinse og scanningssystem. Dens rolle er at generere en ekstremt fin elektronstråle (ca. et par nanometer i diameter), der scanner overfladen af prøven, mens den spændende forskellige signaler.
(2) Elektronisk signalopsamlings- og behandlingssystem
I prøvekammeret interagerer scanningselektronstrålen med prøven for at generere en række signaler, herunder sekundære elektroner, tilbagespredte elektroner, røntgenstråler, absorberede elektroner, russiske (Auger) elektroner og mere. Blandt de ovennævnte signaler er de vigtigste sekundære elektroner, som er ydre elektroner exciteret af indfaldende elektroner i prøveatomerne, og genereres i området fra flere nanometer til titusinder af nanometer under prøveoverfladen. Generationshastigheden bestemmes hovedsageligt af prøvens morfologi og sammensætning. Scanningelektronmikroskopbilledet refererer normalt til det sekundære elektronbillede, som er det mest nyttige elektroniske signal til at studere prøvens overfladetopografi. Detektorens sonde, der detekterer de sekundære elektroner, er scintillatoren. Når elektronerne rammer scintillatoren, genereres lys i scintillatoren. Dette lys sendes gennem lysrøret til fotomultiplikatorrøret, som omdanner lyssignalet til et strømsignal, som derefter føres gennem Forforstærkning og videoforstærkning omdanner strømsignalet til et spændingssignal, som til sidst sendes til nettet på billedrør.
(3) Elektronisk signalvisning og optagelsessystem
Scanningelektronmikroskopbilleder vises på et katodestrålerør (billedrør) og optages af et kamera. Der findes to slags billedrør, det ene bruges til observation og har en lavere opløsning og er et langt efterlysrør; den anden bruges til fotografisk optagelse og har en højere opløsning og er et kort efterlysrør.
(4) Vakuumsystem og strømforsyningssystem
Skanneelektronmikroskopets vakuumsystem består af en mekanisk pumpe og en oliediffusionspumpe. Strømforsyningssystemet leverer den specifikke strøm, der kræves af hver komponent.
3. Formålet med scanning elektronmikroskop
Den mest grundlæggende funktion af scanning elektronmikroskoper er at observere overfladerne af forskellige faste prøver ved høj opløsning. Store dybdeskarphedsbilleder er et kendetegn ved scanningselektronmikroskopobservationer, såsom: biologi, botanik, geologi, metallurgi osv. Observationer kan være prøveoverflader, afskårne overflader eller tværsnit. Metallurger er glade for at se uberørte eller slidte overflader direkte. Undersøg nemt oxidoverflader, krystalvækst eller korrosionsfejl. På den ene side kan den mere direkte undersøge den fine struktur af papir, tekstiler, naturligt eller forarbejdet træ, og biologer kan bruge det til at studere strukturen af små, skrøbelige prøver. For eksempel: pollenpartikler, kiselalger og insekter. På den anden side kan den tage tredimensionelle billeder svarende til prøvens overflade. Scanningelektronmikroskopi har en bred vifte af anvendelser i studiet af faste materialer og kan sammenlignes med andre instrumenter. For fuldstændig karakterisering af faste materialer, scanning elektronmikroskopi.
