Klasifikační metody a kategorie elektronových mikroskopů
Elektronové mikroskopy lze podle struktury a použití rozdělit na transmisní elektronové mikroskopy, rastrovací elektronové mikroskopy, odrazové elektronové mikroskopy a emisní elektronové mikroskopy.
Transmisní elektronové mikroskopy se často používají k pozorování drobných materiálových struktur, které nelze rozlišit běžnými mikroskopy; rastrovací elektronové mikroskopy se používají hlavně k pozorování morfologie pevných povrchů a lze je také kombinovat s rentgenovými difraktometry nebo elektronovými energetickými spektrometry za vzniku elektronů Mikrosondy se používají pro analýzu složení materiálu; emisní elektronové mikroskopy se používají ke studiu povrchů samoemitujících elektronů.
Transmisní elektronový mikroskop
Je pojmenován podle toho, že elektronový paprsek proniká vzorkem a poté používá elektronovou čočku k zobrazení a zvětšení obrazu. Jeho světelná dráha je podobná jako u optického mikroskopu a může přímo získat projekci vzorku. Změnou čočkového systému čočky objektivu lze přímo zvětšit obraz v ohnisku čočky objektivu. Z toho lze získat obrazy elektronové difrakce. Tento obrázek lze použít k analýze krystalové struktury vzorku. U tohoto typu elektronového mikroskopu je kontrast detailů obrazu tvořen rozptylem elektronového paprsku atomy vzorku. Protože elektrony musí procházet vzorkem, musí být vzorek velmi tenký. Tloušťka vzorku je určena atomovými hmotnostmi atomů, které tvoří vzorek, napětím, při kterém jsou elektrony urychlovány, a požadovaným rozlišením. Tloušťka vzorku se může lišit od několika nanometrů do několika mikrometrů. Čím vyšší je atomová hmotnost a nižší napětí, tím tenčí musí být vzorek. Tenčí část vzorku nebo část vzorku s nižší hustotou má menší rozptyl elektronového paprsku, takže otvorem čočky objektivu projde více elektronů a účastní se zobrazování, díky čemuž se obraz jeví jako jasnější. Naopak tlustší nebo hustší části vzorku se na obrázku budou jevit jako tmavší. Pokud je vzorek příliš tlustý nebo hustý, kontrast obrazu se zhorší a může se dokonce poškodit nebo zničit absorbcí energie elektronového paprsku.
Rozlišení transmisního elektronového mikroskopu je {{0}}.1~0,2nm a zvětšení je desetitisícové až statisícové časy. Protože se elektrony snadno rozptylují nebo absorbují předměty, penetrační síla je nízká a je třeba připravit tenčí ultratenké řezy (obvykle 50 až 100 nm).
Horní část hlavně transmisního elektronového mikroskopu je elektronová pistole. Elektrony jsou emitovány z horké katody s wolframovým vláknem a procházejí prvním a druhým kondenzátorem, aby zaostřily elektronový paprsek. Poté, co elektronový paprsek projde vzorkem, je zobrazen na mezilehlém zrcadle čočkou objektivu a poté je postupně zesilován mezilehlým zrcadlem a projekčním zrcadlem a je zobrazen na fluorescenčním stínítku nebo fotografické suché desce. Mezizrcátko upravuje především budicí proud a zvětšení lze plynule měnit od desítek až po statisíce krát. Změnou ohniskové vzdálenosti mezilehlého zrcadla lze získat obrazy elektronové mikroskopie a obrazy elektronové difrakce na malých částech stejného vzorku. .
rastrovací elektronový mikroskop
Elektronový paprsek rastrovacího elektronového mikroskopu neprochází vzorkem, ale pouze soustředí elektronový paprsek co nejvíce na malou plochu vzorku a poté snímá vzorek řádek po řádku. Dopadající elektrony způsobují excitaci sekundárních elektronů z povrchu vzorku. To, co mikroskop pozoruje, jsou elektrony rozptýlené z každého bodu. Scintilační krystal umístěný vedle vzorku přijímá tyto sekundární elektrony a zesiluje je za účelem modulace intenzity elektronového paprsku obrazovky, čímž se mění jas na fluorescenčním stínítku obrazovky. Obraz je trojrozměrný obraz odrážející povrchovou strukturu vzorku. Vychylovací cívka obrazovky udržuje synchronní skenování s elektronovým paprskem na povrchu vzorku, takže fluorescenční stínítko obrazovky zobrazuje topografický obraz povrchu vzorku, což je podobné principu fungování průmyslové televize. Vzhledem k tomu, že elektrony v takovém mikroskopu nemusí procházet vzorkem, napětí, při kterém jsou urychlovány, nemusí být příliš vysoké.
Rozlišení rastrovacího elektronového mikroskopu je určeno především průměrem elektronového paprsku na povrchu vzorku. Zvětšení je poměr amplitudy skenování na obrazovce k amplitudě skenování na vzorku a může se plynule měnit od desítekkrát po stovky tisíckrát. Rastrovací elektronové mikroskopy nevyžadují velmi tenké vzorky; obrazy mají silný trojrozměrný efekt; mohou využívat informace, jako jsou sekundární elektrony, absorpční elektrony a rentgenové záření generované interakcí mezi elektronovými svazky a látkami, k analýze složení látek.
Konstrukce rastrovacích elektronových mikroskopů je založena na interakci mezi elektrony a hmotou. Když paprsek vysokoenergetických dopadajících elektronů bombarduje povrch materiálu, excitovaná oblast bude produkovat sekundární elektrony, Augerovy elektrony, charakteristické rentgenové záření a rentgenové záření se spojitým spektrem, zpětně odražené elektrony, procházející elektrony a viditelné, ultrafialové a infračervené světlo. elektromagnetického záření generovaného v oblasti. Současně mohou být generovány také páry elektron-díra, vibrace mřížky (fonony) a oscilace elektronů (plazma).
