Principer för mikroskopavbildning
Elektronmikroskop består av tre delar: linshylsa, vakuumsystem och strömförsörjningsskåp. Linsröret innehåller huvudsakligen elektronkanoner, elektronlinser, provhållare, fluorescerande skärmar och kameramekanismer. Dessa komponenter är vanligtvis sammansatta i en kolumn från topp till botten; Vakuumsystemet består av mekaniska vakuumpumpar, diffusionspumpar och vakuumventiler. Gasledningen är ansluten till linshylsan; Elskåpet består av en högspänningsgenerator, en magnetiseringsströmstabilisator och olika justeringsstyrenheter.
Elektronlinsen är den viktigaste delen av elektronmikroskopets linshylsa. Den använder ett elektriskt rymdfält eller magnetfält som är symmetriskt till linscylinderns axel för att böja elektronspåret till axeln för att bilda ett fokus. Dess funktion liknar den för en konvex glaslins för att fokusera strålen, så den kallas elektronlins. De flesta moderna elektronmikroskop använder elektromagnetiska linser, som fokuserar elektroner genom ett starkt magnetfält som genereras av en mycket stabil DC-excitationsström som passerar genom en spole med polskor.
Elektronpistolen är en komponent som består av en varm katod av volframfilament, ett galler och en katod. Den kan sända ut och bilda en elektronstråle med en enhetlig hastighet, så stabiliteten hos accelerationsspänningen måste vara inte mindre än en tiotusendel.
Elektronmikroskop kan delas in i transmissionselektronmikroskop, svepelektronmikroskop, reflektionselektronmikroskop och emissionselektronmikroskop enligt deras strukturer och användningsområden. Transmissionselektronmikroskop används ofta för att observera de fina materialstrukturerna som inte kan lösas upp med vanliga mikroskop; svepelektronmikroskop används huvudsakligen för att observera morfologin hos fasta ytor, och kan även kombineras med röntgendiffraktometrar eller elektronenergispektrometrar för att bilda elektroniska mikrosonder för analys av materialsammansättning; emissionselektronmikroskopi för studiet av självemitterande elektronytor.
Transmissionselektronmikroskopet är uppkallat efter att elektronstrålen penetrerar provet och sedan förstorar bilden med elektronlinsen. Dess optiska väg liknar den för ett optiskt mikroskop. I denna typ av elektronmikroskop skapas kontrasten i bilddetalj genom spridningen av elektronstrålen av atomerna i provet. Den tunnare eller lägre densitetsdelen av provet har mindre elektronstrålespridning, så att fler elektroner passerar genom objektivets membran och deltar i avbildningen och ser ljusare ut i bilden. Omvänt ser tjockare eller tätare delar av provet mörkare ut i bilden. Om provet är för tjockt eller för tätt kommer kontrasten i bilden att försämras, eller till och med skadas eller förstöras genom att absorbera elektronstrålens energi.
Den övre delen av transmissionselektronmikroskopkolonnen är elektronkanonen, elektronerna emitteras av den heta volframkatoden och elektronstrålen fokuseras av två kondensatorspeglar. Efter att ha passerat genom provet avbildas elektronstrålen på den mellanliggande spegeln av objektivlinsen, och förstoras sedan steg för steg genom den mellanliggande spegeln och projektionsspegeln och avbildas sedan på den fluorescerande skärmen eller den fotokoherenta plattan.
Förstoringen av den mellanliggande spegeln kan kontinuerligt ändras från tiotals gånger till hundratusentals gånger, huvudsakligen genom justering av excitationsströmmen; genom att ändra brännvidden på den mellanliggande spegeln kan elektronmikroskopiska bilder och elektrondiffraktionsbilder erhållas på de små delarna av samma prov. För att studera tjockare metallskivor utvecklade franska Dulos Electron Optics Laboratory ett ultrahögspänningselektronmikroskop med en accelererande spänning på 3500 kV. Schematiskt diagram av svepelektronmikroskopstruktur
Elektronstrålen i svepelektronmikroskopet passerar inte genom provet, utan skannar och exciterar endast sekundära elektroner på provets yta. Scintillationskristallen som placeras bredvid provet tar emot dessa sekundära elektroner, förstärker och modulerar elektronstråleintensiteten hos bildröret, och ändrar därigenom ljusstyrkan på bildrörets skärm. Bildrörets avböjningsspole håller synkron scanning med elektronstrålen på ytan av provet, så att bildrörets fluorescerande skärm visar den topografiska bilden av provytan, vilket liknar arbetsprincipen för en industriell TV .
Upplösningen för ett svepelektronmikroskop bestäms huvudsakligen av diametern på elektronstrålen på provytan. Förstoringen är förhållandet mellan scanningsamplituden på bildröret och scanningsamplituden på provet, som kontinuerligt kan ändras från tiotals gånger till hundratusentals gånger. Svepelektronmikroskopi kräver inte mycket tunna prover; bilden har en stark tredimensionell effekt; den kan använda information som sekundära elektroner, absorberade elektroner och röntgenstrålar som genereras av interaktionen mellan elektronstrålar och ämnen för att analysera ämnens sammansättning.
Elektronkanonen och kondensorlinsen i svepelektronmikroskopet är ungefär desamma som i transmissionselektronmikroskopet, men för att göra elektronstrålen tunnare läggs en objektivlins och en astigmatisator till under kondensorlinsen, och två uppsättningar av ömsesidigt vinkelräta skanningsstrålar är installerade inuti objektivlinsen. spole. Provkammaren under objektivlinsen är utrustad med ett provsteg som kan flyttas, roteras och lutas
