Преимущества электронных микроскопов перед оптическими микроскопами
Электронный микроскоп — это инструмент, в котором вместо светового луча и оптической линзы используются электронный луч и электронная линза в соответствии с принципом электронной оптики, так что тонкая структура материала отображается при очень большом увеличении.
Разрешение электронного микроскопа выражается в терминах небольшого расстояния между двумя соседними точками, которые он может разрешить. За 1970 с разрешение просвечивающего электронного микроскопа составляло около 0,3 нанометра. (разрешение человеческого глаза около 0,1 миллиметра). В настоящее время большое увеличение электронного микроскопа составляет более 3 миллионов раз, а большое увеличение оптического микроскопа составляет около 2,000 раз, поэтому электронный микроскоп может напрямую наблюдать атомы и кристаллы некоторых тяжелых металлов в аккуратно организованная атомная точечная матрица.
В 1931 году немцы Кнорр и Руска с помощью источника электронов с холодным катодом и тремя электронными линзами модифицировали высоковольтный осциллограф и получили увеличение изображения более чем в десять раз, подтвердив возможность увеличения изображения электронным микроскопом. В 1932 году, после усовершенствования Руски, разрешение электронного микроскопа достигло 50 нанометров, что примерно в 10 раз превышало разрешение оптического микроскопа того времени, и поэтому электронный микроскоп начал привлекать внимание людей.
В 1940х Хилл из США использовал диспергатор для компенсации вращательной асимметрии электронной линзы, так что разрешающая способность электронного микроскопа совершила новый прорыв и постепенно достигла современного уровня. В Китае в 1958 году была успешно разработана просвечивающая электронная микроскопия с разрешающей способностью 3 нанометра, в 1979 году создана разрешающая способность 0,3 нанометра для крупномасштабного электронного микроскопа.
Хотя разрешение электронного микроскопа намного лучше, чем у оптического микроскопа, электронный микроскоп должен работать в условиях вакуума, поэтому трудно наблюдать за живыми организмами, а облучение электронным лучом сделает биологические образцы радиационное поражение. Другие проблемы, такие как яркость электронной пушки и улучшение качества электронной линзы, также требуют дальнейшего изучения.
Разрешающая способность — важный показатель электронного микроскопа, который связан с углом падения конуса и длиной волны электронного луча, проходящего через образец. Длина волны видимого света составляет около {{0}} нм, а длина волны электронного луча связана с ускоряющим напряжением. Когда ускоряющее напряжение составляет от 50 до 100 кВ, длина волны электронного луча составляет примерно от 0,0053 до 0,0037 нм. Поскольку длина волны электронного луча намного меньше длины волны видимого света, даже если угол конуса электронного луча составляет всего 1% от оптического микроскопа, разрешение электронного микроскопа все равно намного лучше, чем у оптического микроскопа. .
Электронный микроскоп состоит из трех частей: зеркальной трубки, вакуумной системы и шкафа питания. Ствол в основном состоит из электронной пушки, электронной линзы, держателя образца, флуоресцентного экрана, механизма камеры и других компонентов, эти компоненты обычно собираются сверху вниз в колонну; вакуумная система состоит из механического вакуумного насоса, диффузионного насоса и вакуумных клапанов и т.п. и через откачивающий трубопровод соединена с корпусом зеркала; Шкаф электропитания состоит из высоковольтного генератора, стабилизатора тока возбуждения и множества регулирующих устройств управления.
Электронная линза является важной частью корпуса электронного микроскопа, она симметрична оси ствола космического электрического поля или магнитного поля, так что электрон движется к оси формирования фокусировки роли выпуклого стекла. Линза, чтобы сделать роль фокусировки луча света аналогична роли линзы, поэтому ее называют электронной линзой. В большинстве современных электронных микроскопов используются электромагнитные линзы с очень стабильным постоянным током возбуждения через катушку с полюсным башмаком, создаваемым сильным магнитным полем для фокусировки электронов.
Электронная пушка представляет собой компонент, состоящий из вольфрамового горячего катода, затвора и катода. Он излучает и формирует электронный пучок с одинаковой скоростью, поэтому стабильность ускоряющего напряжения должна быть не менее одной десятитысячной.
Электронные микроскопы можно разделить на просвечивающие электронные микроскопы, сканирующие электронные микроскопы, отражательные электронные микроскопы и эмиссионные электронные микроскопы в зависимости от их конструкции и использования. Просвечивающий электронный микроскоп часто используют для наблюдения за теми, кто с помощью обычных микроскопов не может различить тонкую структуру материала; сканирующий электронный микроскоп в основном используется для наблюдения за морфологией поверхности твердого тела, а также с рентгеновским дифрактометром или электронным спектрометром, объединенным в электронный микрозонд, используемый для анализа состава материала; Эмиссионный электронный микроскоп для исследования поверхности самоэмиссии электронов.
