Введение в принцип композиции электронного микроскопа.
Электронный микроскоп состоит из оправы объектива, вакуумной системы и силового шкафа. Корпус объектива в основном состоит из электронной пушки, электронной линзы, держателя образца, флуоресцентного экрана и механизма камеры, которые обычно собираются в колонну сверху вниз; Вакуумная система состоит из механического вакуумного насоса, диффузионного насоса и вакуумного клапана и соединена с корпусом объектива трубопроводом отвода воздуха; Силовой шкаф состоит из генератора высокого напряжения, стабилизатора тока возбуждения и различных блоков управления регулировкой.
Электронная линза является наиболее важной частью оправы электронного микроскопа. Он использует пространственное электрическое или магнитное поле, симметричное оси корпуса линзы, чтобы сгибать траекторию электрона к оси и формировать фокус, который аналогичен траектории стеклянной выпуклой линзы для фокусировки светового луча, поэтому он называется электронная линза. В большинстве современных электронных микроскопов используются электромагнитные линзы, а сильное магнитное поле, создаваемое очень стабильным постоянным током возбуждения, проходящим через катушку с полюсными наконечниками, фокусирует электроны.
Электронная пушка представляет собой компонент, состоящий из горячего катода с вольфрамовой нитью, сетки и катода. Он может излучать и формировать электронный луч с одинаковой скоростью, поэтому стабильность ускоряющего напряжения должна быть не менее одной десятитысячной.
Электронный микроскоп можно разделить на просвечивающий электронный микроскоп, сканирующий электронный микроскоп, отражательный электронный микроскоп и эмиссионный электронный микроскоп в зависимости от структуры и использования. Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) часто используется для наблюдения за тонкой структурой материала, которую невозможно различить с помощью обычного микроскопа. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) в основном используется для наблюдения за морфологией поверхности твердого тела, а также может комбинироваться с рентгеновским дифрактометром или спектрометром энергии электронов. Электронный микрообразуется в результате рассеяния электронного пучка атомами образца. В тонкой части образца или части образца с низкой плотностью электронный луч рассеивается меньше, поэтому больше электронов проходят через диафрагму объектива и участвуют в формировании изображения, что делает их более яркими на изображении. Напротив, более толстая или плотная часть образца кажется на изображении темнее. Если образец слишком толстый или слишком плотный, контрастность изображения ухудшится и даже будет повреждена или разрушена из-за поглощения энергии электронного луча.
Верхняя часть оправы объектива просвечивающего электронного микроскопа представляет собой электронную пушку. Электроны испускаются горячим катодом с вольфрамовой нитью и фокусируются первой и второй линзами конденсатора. После того, как электронный луч проходит через образец, он отображается на промежуточном зеркале объективом, а затем постепенно усиливается промежуточным зеркалом и проекционным зеркалом и отображается на флуоресцентном экране или фотопластине.
Увеличение промежуточного зеркала можно плавно изменять от нескольких десятков раз до нескольких сотен тысяч раз, регулируя ток возбуждения. Изменяя фокусное расстояние промежуточного зеркала, можно получить электронно-микроскопическое изображение и электронодифракционное изображение на крошечной части одного и того же образца. Для исследования толстых образцов металлических срезов в Лаборатории электронной оптики в Дюлосе, Франция, был разработан сверхвысоковольтный электронный микроскоп с ускоряющим напряжением 3500 кВ.
Электронный луч сканирующего электронного микроскопа не проходит через образец, а только сканирует поверхность образца, возбуждая вторичные электроны. Сцинтилляционный кристалл, расположенный рядом с образцом, принимает эти вторичные электроны и модулирует интенсивность электронного луча кинескопа после усиления, изменяя тем самым яркость на экране кинескопа. Отклоняющая катушка кинескопа обеспечивает синхронное сканирование с электронным лучом на поверхности образца, так что флуоресцентный экран кинескопа показывает морфологическое изображение поверхности образца, что аналогично принципу работы промышленных телевизоров.
Разрешение сканирующего электронного микроскопа в основном зависит от диаметра электронного луча на поверхности образца. Увеличение — это отношение амплитуды сканирования на кинескопе к амплитуде сканирования на образце, которое можно непрерывно изменять от десятков до сотен тысяч раз. Сканирующий электронный микроскоп не требует очень тонких образцов; Изображение имеет сильный трехмерный смысл; Состав вещества можно проанализировать, используя информацию о вторичных электронах, поглощенных электронах и рентгеновских лучах, генерируемых в результате взаимодействия электронного луча с веществом.
Электронная пушка и конденсор сканирующего электронного микроскопа почти такие же, как у просвечивающего электронного микроскопа, но для того, чтобы сделать электронный луч тоньше, под конденсором добавлены объектив и астигматический рассеиватель, а также два комплекта сканирующих В объективе также установлены катушки, перпендикулярные друг другу. В камере для проб под объективом установлен стол для проб, который может перемещаться, вращаться и наклоняться.
