Zasada i struktura skaningowego mikroskopu elektronowego
Skaningowy mikroskop elektronowy, pełna nazwa skaningowego mikroskopu elektronowego, angielski to skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), to elektroniczny przyrząd optyczny służący do obserwacji struktury powierzchni obiektów.
1. Zasada skaningowego mikroskopu elektronowego
Produkcja skaningowych mikroskopów elektronowych opiera się na interakcji elektronów z materią. Kiedy wiązka ludzkich elektronów o wysokiej energii bombarduje powierzchnię materiału, obszar wzbudzenia wytwarza elektrony wtórne, elektrony Augera, charakterystyczne promienie rentgenowskie i promienie rentgenowskie z kontinuum, elektrony wstecznie rozproszone, elektrony transmisyjne i promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym, ultrafioletowym i regiony podczerwieni. . Jednocześnie można również generować pary elektron-dziura, drgania sieci (fonony) i oscylacje elektronów (plazmony). Na przykład zbiór elektronów wtórnych i elektronów wstecznie rozproszonych może uzyskać informacje o mikroskopowej morfologii materiału; w kolekcji promieni rentgenowskich można uzyskać informacje o składzie chemicznym materiału. Skaningowe mikroskopy elektronowe działają poprzez skanowanie próbki niezwykle delikatną wiązką elektronów, wzbudzając elektrony wtórne na powierzchni próbki. Elektrony pierwszego rzędu są zbierane przez detektor, tam konwertowane na sygnały optyczne przez scyntylator, a następnie konwertowane na sygnały elektryczne przez fotopowielacze i wzmacniacze, które kontrolują natężenie wiązki elektronów na ekranie luminoforowym i wyświetlają zeskanowany obraz w synchronizacji z wiązką elektronów. Obrazy są trójwymiarowymi obrazami, które odzwierciedlają strukturę powierzchni próbki.
2. Struktura skaningowego mikroskopu elektronowego
(1) lufa obiektywu
Tubus obiektywu zawiera działo elektronowe, soczewkę kondensora, soczewkę obiektywu i system skanowania. Jego rolą jest generowanie niezwykle cienkiej wiązki elektronów (o średnicy kilku nanometrów), która skanuje powierzchnię próbki, jednocześnie wzbudzając różne sygnały.
(2) Elektroniczny system akwizycji i przetwarzania sygnału
W komorze próbki skanująca wiązka elektronów oddziałuje z próbką, generując różne sygnały, w tym elektrony wtórne, elektrony wstecznie rozproszone, promieniowanie rentgenowskie, elektrony zaabsorbowane, elektrony rosyjskie (Auger) i inne. Wśród wyżej wymienionych sygnałów najważniejsze są elektrony wtórne, które są elektronami zewnętrznymi wzbudzanymi przez elektrony padające w atomach próbki i są generowane w obszarze od kilku nanometrów do kilkudziesięciu nanometrów poniżej powierzchni próbki. Szybkość generowania zależy głównie od morfologii i składu próbki. Obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego zwykle odnosi się do wtórnego obrazu elektronowego, który jest najbardziej użytecznym sygnałem elektronicznym do badania topografii powierzchni próbki. Sonda detektora wykrywająca elektrony wtórne to scyntylator. Kiedy elektrony uderzają w scyntylator, w scyntylatorze powstaje światło. Światło to jest przesyłane przez światłowód do fotopowielacza, który zamienia sygnał świetlny na sygnał prądowy, który jest następnie przepuszczany przez przedwzmacniacz, a wzmocnienie wideo przekształca sygnał prądowy na sygnał napięciowy, który jest ostatecznie przesyłany do siatki kineskop.
(3) Elektroniczny system wyświetlania i nagrywania sygnału
Obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego są wyświetlane na kineskopie (kineskop) i rejestrowane przez kamerę. Istnieją dwa rodzaje kineskopów, jedna służy do obserwacji, ma niższą rozdzielczość i jest żarówką z długim poświatem; drugi służy do nagrywania fotograficznego i ma wyższą rozdzielczość oraz jest krótką lampą poświatową.
(4) System próżniowy i system zasilania
System próżniowy skaningowego mikroskopu elektronowego składa się z pompy mechanicznej i pompy dyfuzyjnej oleju. System zasilania zapewnia określoną moc wymaganą przez każdy element.
3. Cel skaningowego mikroskopu elektronowego
Najbardziej podstawową funkcją skaningowych mikroskopów elektronowych jest obserwacja powierzchni różnych próbek stałych w wysokiej rozdzielczości. Obrazy o dużej głębi ostrości są cechą obserwacji ze skaningowego mikroskopu elektronowego, takich jak: biologia, botanika, geologia, metalurgia itp. Obserwacjami mogą być powierzchnie próbek, powierzchnie cięcia lub przekroje. Metalurdzy są szczęśliwi, widząc bezpośrednio nieskazitelne lub zużyte powierzchnie. Łatwe badanie powierzchni tlenków, wzrostu kryształów lub defektów korozyjnych. Z jednej strony może bardziej bezpośrednio badać drobną strukturę papieru, tekstyliów, naturalnego lub przetworzonego drewna, a biolodzy mogą go używać do badania struktury małych, delikatnych próbek. Na przykład: pyłki, okrzemki i owady. Z drugiej strony może wykonywać trójwymiarowe zdjęcia odpowiadające powierzchni próbki. Skaningowa mikroskopia elektronowa ma szeroki zakres zastosowań w badaniu materiałów stałych i jest porównywalna z innymi instrumentami. Do pełnej charakteryzacji materiałów stałych, skaningowa mikroskopia elektronowa.
