Компоненты электронного микроскопа
Источник электронов: это катод, который испускает свободные электроны, а кольцеобразный анод ускоряет электроны. Разность напряжений между катодом и анодом должна быть очень большой, обычно от нескольких тысяч вольт до трех миллионов вольт.
Электроны: Используется для фокусировки электронов. Как правило, используются магнитные линзы, а иногда также используются электростатические линзы. Функция электронной линзы такая же, как у оптической линзы в оптическом микроскопе. Фокус оптической линзы фиксирован, но фокус электронной линзы можно регулировать, поэтому в электронном микроскопе нет системы подвижных линз, как в оптическом микроскопе.
Вакуумное устройство: Вакуумное устройство используется для обеспечения состояния вакуума внутри микроскопа, чтобы электроны не поглощались и не отклонялись на своем пути.
Держатель образцов: Образцы можно стабильно размещать на держателе образцов. Кроме того, часто существуют устройства, которые можно использовать для смены образца (такие как перемещение, вращение, нагрев, охлаждение, удлинение и т. д.).
Детектор: сигнал или вторичный сигнал, используемый для сбора электронов. Проекцию образца можно получить непосредственно с помощью просвечивающего электронного микроскопа (трансмиссионная электронная микроскопия ПЭМ). Электроны проходят через образец в этом микроскопе, поэтому образец должен быть очень тонким. Атомный вес атомов, составляющих образец, напряжение, при котором электроны ускоряются, и желаемое разрешение определяют толщину образца. Толщина образца может варьироваться от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Чем выше атомная масса и ниже напряжение, тем тоньше должен быть образец.
Изменяя систему линз объектива, можно напрямую увеличивать изображение в фокусе объектива. Отсюда можно получить изображения электронной дифракции. Используя это изображение, можно проанализировать кристаллическую структуру образца.
В просвечивающей электронной микроскопии с энергетической фильтрацией (EFTEM) люди измеряют изменения скорости электронов, когда они проходят через образец. Отсюда можно сделать вывод о химическом составе образца, например о распределении химических элементов в образце.
Использование электронных микроскопов
Электронные микроскопы можно разделить на просвечивающие электронные микроскопы, сканирующие электронные микроскопы, отражательные электронные микроскопы и эмиссионные электронные микроскопы в соответствии с их структурой и назначением. Просвечивающие электронные микроскопы часто используются для наблюдения за тонкими структурами материалов, которые не могут быть разрешены обычными микроскопами; сканирующие электронные микроскопы в основном используются для наблюдения за морфологией твердых поверхностей, а также могут быть объединены с рентгеновскими дифрактометрами или электронно-энергетическими спектрометрами для формирования электронных микрозондов для анализа состава материалов; эмиссионная электронная микроскопия для изучения самоизлучающих электронных поверхностей.
Трансмиссионный электронный микроскоп назван в честь того, что электронный луч проникает в образец, а затем увеличивает изображение с помощью электронной линзы. Его оптический путь аналогичен пути оптического микроскопа. В электронном микроскопе этого типа контраст в деталях изображения создается за счет рассеяния электронного луча атомами образца. Более тонкая часть образца или часть образца с меньшей плотностью имеет меньшее рассеяние электронного пучка, поэтому больше электронов проходит через диафрагму объектива и участвует в формировании изображения, а изображение выглядит ярче. И наоборот, более толстые или плотные участки образца выглядят на изображении темнее. Если образец слишком толстый или слишком плотный, контрастность изображения ухудшится или даже будет повреждена или разрушена из-за поглощения энергии электронного луча.
