Introduktion till avbildningsprinciper för transmissionselektronmikroskopi
Transmissionselektronmikroskopets struktur består av två delar: huvuddelen är belysningssystemet, bildsystemet och observationsstudion; hjälpdelen är vakuumsystemet och det elektriska systemet.
1. Belysningssystem
Systemet är uppdelat i två delar: elektronkanon och kondensor. En elektronkanon består av en filament (katod), ett rutnät och en anod. Värmglödtråden avger en stråle av elektroner. När en spänning appliceras på anoden accelereras elektronerna. Potentialskillnaden mellan anod och katod är den totala accelerationsspänningen. Accelererade elektroner med energi stöts ut från hål i anodplattan. Energin hos den emitterade elektronstrålen är relaterad till accelerationsspänningen, och nätet spelar rollen för att styra formen på elektronstrålen. Elektronstrålen har en viss divergensvinkel. Efter justering av kondensorlinsen kan en parallell elektronstråle med en liten eller till och med noll divergensvinkel ses. Strömtätheten (stråleströmmen) för elektronstrålen kan justeras genom att justera strömmen i kondensorlinsen.
Storleken på området på provet som behöver belysas är relaterat till förstoringen. Ju högre förstoring, desto mindre är det upplysta området. Därför krävs en finare elektronstråle för att bestråla provet. Strålpunktsstorleken för elektronstrålen som direkt emitteras av elektronkanonen är större och koherensen är också dålig. För att utnyttja dessa elektroner mer effektivt och erhålla belysningselektronstrålar med hög ljusstyrka och god koherens för att möta behoven hos transmissionselektronmikroskop vid olika förstoringar, måste elektronstrålarna som emitteras av elektronkanonen konvergeras ytterligare för att ge olika strålfläckar. storlek. ungefär parallella belysningsstrålar. Denna uppgift utförs vanligtvis av två elektromagnetiska linser som kallas kondensatorer. I figuren representerar Cl och C2 den första kondensorn respektive den andra kondensorn. C1 förblir vanligtvis densamma, och dess roll är att ställa in skärningspunkten för elektronkanonerna för att minska storleken på bilden med mer än en storleksordning. Dessutom är en strållutningsanordning installerad i belysningssystemet, som enkelt kan luta elektronstrålen i intervallet 2 grader till 3 grader för att belysa provet i olika lutningsvinklar.
2. Bildsystem
Systemet inkluderar elektroniska optiska element som provkammare, objektivlins, mellanspegel, kontrastmembran, diffraktionsmembran, projektionslins etc. Provkammaren har en mekanism som säkerställer att vakuumet i huvudkroppen inte skadas vid frekventa provbyten . Provet kan flyttas i X- och Y-riktningarna för att hitta den position som ska observeras. Den parallella elektronstrålen som erhålls av den konvergerande linsen bestrålar provet och bär information som återspeglar provets egenskaper efter att ha passerat genom provet. Den elektroniska bilden bildas under verkan av objektivlinsen och kontrastbländaren och förstoras sedan av mellanspegeln och projektionslinsen. Den slutliga elektroniska bilden erhålls på en fluorescerande skärm.
Belysningssystemet tillhandahåller en koherent lysande elektronstråle, som bär den strukturella informationen för provet efter att ha passerat genom provet och fortplantar sig i olika riktningar (till exempel när det finns en kristallytgrupp som uppfyller Braggs ekvation, kan 2 vinklar genereras i riktningen som skär den infallande strålens diffrakterade strålen). Mål kommer från olika delar av provet med samma utbredningsriktning. Elektroner konvergerar till en enda fläck på det bakre fokalplanet, och elektroner som rör sig i olika riktningar bildar olika fläckar i enlighet därmed. En direkt stråle med noll spridningsvinkel konvergerar vid objektivets brännpunkt och bildar en central punkt. På detta sätt bildas ett diffraktionsmönster på objektivets bakre fokalplan. På objektivets bildplan rekombinerar dessa elektronstrålar för koherent avbildning. Genom att justera linsströmmen för den mellanliggande linsen sammanfaller objektplanet för den mellanliggande linsen och det bakre fokalplanet för objektivlinsen, vilket kan visas på den fluorescerande skärmen. Det ovan erhållna diffraktionsmönstret kan få objektplanet för den mellanliggande linsen att sammanfalla med bildplanet för objektivlinsen, varigenom en mikroskopisk bild erhålls. Genom samarbetet mellan de två mellanspeglarna kan längden och förstoringen på kameran justeras inom ett större område.
3. Observationsstudio
Den elektroniska bilden reflekteras på den fluorescerande skärmen. Det fluorescerande ljuset är proportionellt mot elektronstråleströmmen. Använd en elektronisk torrplatta istället för en fluorescerande skärm för att ta bilder. Den torra plattans ljuskänsliga förmåga är relaterad till dess våglängd.
4. Vakuumsystem
Vakuumsystemet består av mekanisk pump, oljediffusionspump, jonpump, vakuummätinstrument och vakuumrörledning. Dess funktion är att ta bort gasen i linshylsan, så att vakuumgraden på linshylsan måste nå minst 10-5 Torr, och den bästa vakuumgraden kan nå 10-9-10-10 Torr. Om vakuumet är lågt kan kollisioner mellan elektroner och gasmolekyler orsaka spridning och påverka kontrasten. Det kommer också att orsaka högspänningjonisering mellan elektronnätet och anoden, vilket orsakar urladdning mellan elektroderna. Restgaser kan också korrodera glödtråden och kontaminera provet.
5. Effektkontrollsystem
Instabiliteten hos accelererande spänning och linsens magnetiska ström kan orsaka allvarlig kromatisk aberration och minska upplösningen hos elektronmikroskop. Därför är stabiliteten hos accelererande spänning och linsström ett viktigt kriterium för att mäta prestanda hos elektronmikroskop. TEM-kretsen består huvudsakligen av följande delar: högspänningslikströmsförsörjning, linsens exciteringsströmförsörjning, avböjningsspoleströmförsörjning, strömförsörjning för elektronpistolglödtrådar, vakuumsystemkontrollkrets, vakuumpumpströmförsörjning, kameradrivenhet och automatisk exponering krets.
Dessutom är många högpresterande elektronmikroskop utrustade med skanningstillbehör, energispektroskopi, elektronenergiförlustspektroskopi.
