Introduktion till kompositionsprincipen för elektronmikroskop
Ett elektronmikroskop består av en linshylsa, ett vakuumsystem och ett elskåp. Linsröret består huvudsakligen av elektronpistol, elektronlins, provhållare, fluorescerande skärm och kameramekanism, som vanligtvis är sammansatta till en kolonn uppifrån och ned; Vakuumsystemet består av en mekanisk vakuumpump, en diffusionspump och en vakuumventil, och är anslutet till linscylindern genom en luftutsugsrörledning; Elskåpet består av högspänningsgenerator, magnetiseringsströmstabilisator och olika justeringskontrollenheter.
Elektronlinsen är den viktigaste delen i elektronmikroskopets linshylsa. Den använder ett rumsligt elektriskt fält eller magnetfält som är symmetriskt till linscylinderns axel för att böja elektronbanan till axeln för att bilda fokus, vilket liknar det för den konvexa glaslinsen för att fokusera ljusstrålen, så det kallas elektronlins. De flesta moderna elektronmikroskop använder elektromagnetiska linser, och det starka magnetfältet som genereras av en mycket stabil DC-excitationsström som passerar genom en spole med polskor fokuserar elektronerna.
En elektronkanon är en komponent som består av en varm katod av volframfilament, ett galler och en katod. Den kan avge och bilda en elektronstråle med enhetlig hastighet, så stabiliteten hos accelerationsspänningen måste vara minst en tiotusendel.
Elektronmikroskop kan delas in i transmissionselektronmikroskop, svepelektronmikroskop, reflektionselektronmikroskop och emissionselektronmikroskop enligt struktur och användning. Transmissionselektronmikroskop (TEM) används ofta för att observera den fina materialstrukturen som inte kan särskiljas med vanligt mikroskop. Svepelektronmikroskop (SEM) används huvudsakligen för att observera morfologin hos fast yta, och kan även kombineras med röntgendiffraktometer eller elektronenergispektrometer. Elektronmikroen bildas genom spridning av elektronstråle av atomer i provet. I den tunna eller lågdensitetsdelen av provet sprids elektronstrålen mindre, så fler elektroner passerar genom objektivmembranet och deltar i avbildningen, vilket gör att de ser ljusare ut i bilden. Tvärtom verkar den tjockare eller tätare delen av provet mörkare i bilden. Om provet är för tjockt eller för tätt kommer kontrasten i bilden att försämras och till och med skadas eller förstöras genom att absorbera elektronstrålens energi.
Den övre delen av linshylsan på transmissionselektronmikroskopet är en elektronpistol. Elektronerna emitteras av volframfilamentets heta katod och fokuseras av den första och andra kondensorlinsen. Efter att elektronstrålen passerat genom provet avbildas den på mellanspegeln av objektivlinsen och förstärks sedan steg för steg av mellanspegeln och projektionsspegeln och avbildas på den fluorescerande skärmen eller fotografiska plattan.
Mellanspegelns förstoring kan kontinuerligt ändras från flera tiotals till flera hundra tusen gånger genom att justera excitationsströmmen. Genom att ändra mellanspegelns brännvidd kan den elektronmikroskopiska bilden och elektrondiffraktionsbilden erhållas på den lilla delen av samma prov. För att studera de tjocka metallskivorna utvecklades ett ultrahögspänningselektronmikroskop med en accelererande spänning på 3500 kV av Electron Optics Laboratory i Dulos, Frankrike.
Elektronstrålen från svepelektronmikroskop passerar inte genom provet, utan skannar bara på ytan av provet för att excitera sekundära elektroner. Scintillationskristallen som placeras bredvid provet tar emot dessa sekundära elektroner och modulerar bildrörets elektronstråleintensitet efter förstärkning, och ändrar på så sätt ljusstyrkan på bildrörets skärm. Bildrörets avböjningsspole håller synkron scanning med elektronstrålen på provytan, så att bildrörets fluorescerande skärm visar den morfologiska bilden av provytan, vilket liknar arbetsprincipen för industriella TV-apparater.
Upplösningen för svepelektronmikroskop beror huvudsakligen på elektronstrålens diameter på provytan. Förstoringen är förhållandet mellan scanningsamplituden på bildröret och scanningsamplituden på provet, som kontinuerligt kan ändras från dussintals till hundratusentals gånger. Svepelektronmikroskop behöver inte mycket tunna prover; Bilden har en stark tredimensionell känsla; Ämnets sammansättning kan analyseras genom att använda informationen från sekundära elektroner, absorberade elektroner och röntgenstrålar som genereras av interaktionen mellan elektronstrålen och ämnet.
Elektronkanonen och kondensorn i svepelektronmikroskopet är nästan desamma som i transmissionselektronmikroskopet, men för att göra elektronstrålen tunnare läggs en objektivlins och en astigmatisk diffusor till under kondensorn och två uppsättningar av skanning spolar vinkelräta mot varandra är också installerade i objektivlinsen. Ett provbord som kan röra sig, rotera och luta är installerat i provkammaren under objektivlinsen.
