Trend vývoje elektronového mikroskopu nové generace
1. Vysoce výkonné elektronové mikroskopy s emisním polem jsou stále oblíbenější a používané. Elektronový transmisní elektronový mikroskop s dělem s emisemi v poli může poskytovat vysoký jas a vysoce koherentní zdroj elektronového světla. Uspořádání atomů a typy materiálů lze tedy komplexně analyzovat na atomicko-nanometrové škále. V polovině-1990 let bylo na Tchaj-wanu jen několik desítek jednotek; nyní se vyšplhal na tisíce. V současné době je v naší zemi více než sto polních emisních dělových transmisních elektronových mikroskopů. Běžné rastrovací elektronové mikroskopy se žhavým wolframovým vláknem (elektronovým) dělem mohou dosáhnout rozlišení nejvýše 3.0nm; nová generace elektronových rastrovacích elektronových mikroskopů s emisními děly může mít rozlišení lepší než 1.0nm; Rozlišení dosahuje až 0,5nm-0,4nm. Mezi nimi může environmentální rastrovací elektronový mikroskop dosáhnout: skutečných "environmentálních" podmínek, vzorky lze pozorovat za podmínek 100% vlhkosti; biologické vzorky a nevodivé vzorky nemusí být potaženy a mohou být přímo na stroji pro dynamické pozorování a analýzu; Tři použití stroje". Tři pracovní režimy vysokého vakua, nízkého vakua a "okolí".
2. Mělo by být vynaloženo úsilí na vývoj nové generace monochromátorů a korektorů sférických aberací pro další zlepšení rozlišení elektronových mikroskopů. Koeficient sférické aberace: koeficient sférické aberace Cs konvenčního transmisního elektronového mikroskopu je asi mm; koeficient sférické aberace současného transmisního elektronového mikroskopu byl snížen na Cs<0.05mm. Chromatic aberration coefficient: the chromatic aberration coefficient of the conventional transmission electron microscope is about 0.7; The chromatic aberration coefficient of the TEM has been reduced to 0.1. Field emission transmission electron microscopy, STEM technology, and energy filtering electron microscopy have become analytical means and tools for material science research, and even biomedicine. The spherical aberration corrector of the objective lens improves the resolution of the field emission transmission electron microscope to the information resolution. That is, it improves from 0.19nm to 0.12nm or even less than 0.1nm. Using a monochromator, the energy resolution will be less than 0.1eV. But the beam current of the monochromator is only about one tenth of that without a monochromator. Therefore, while using a monochromator , but also to consider the reduction of the beam current of the monochromator. While the spherical aberration corrector of the condenser improves the resolution of STEM to less than 0.1nm, the spherical aberration corrector of the condenser increases the beam current by at least 10 times, which is very beneficial to improve the spatial resolution. While correcting the spherical aberration, the chromatic aberration increases by about 30%. Therefore, while correcting the spherical aberration, the chromatic aberration should also be considered.
3. Analýza elektronovým mikroskopem se posouvá směrem k informatizaci a vytváření sítí. Pokud jde o přístroje a vybavení, současný operační systém rastrovacího elektronového mikroskopu používá zcela nové operační rozhraní. Uživatel stačí stisknout myš, aby si uvědomil ovládání tubusu čočky elektronového mikroskopu a elektrických částí, stejně jako automatickou paměť a nastavení různých parametrů. Mezi různými oblastmi lze prostřednictvím síťového systému provádět demonstrace, jako je pohyb vzorků, změna zobrazovacích režimů a nastavení parametrů elektronového mikroskopu. Aby bylo možné realizovat dálkové ovládání elektronového mikroskopu.
4. Významná aplikace elektronového mikroskopu při studiu nanomateriálů. Vzhledem k tomu, že přesnost analýzy elektronového mikroskopu je blízká atomovému měřítku, lze pomocí transmisního elektronového mikroskopu s dělem s emisemi v poli a elektronového paprsku o průměru 0.13nm nejen shromáždit Z-kontrastní obraz jediného atom, ale také shromažďují elektronovou energii spektra ztráty jednoho atomu. To znamená, že elektronový mikroskop může současně získat informace o atomové a elektronické struktuře materiálů v atomovém měřítku. Pozorování jednotlivých atomových obrazů ve vzorcích bylo vždy dlouhodobou snahou vědecké komunity. Průměr atomu je asi 2-3mm na 10 miliontinu. K rozlišení polohy každého atomu je tedy zapotřebí elektronový mikroskop s rozlišením asi 0,1nm a musí být zvětšen asi 10milionkrát. Předpokládá se, že když se měřítko materiálu sníží na nanoměřítko, optické, elektrické a další fyzikální a mechanické vlastnosti materiálu mohou být jedinečné. Proto se příprava nanomateriálů, jako jsou nanočástice, nanotrubice a nanodrátky, stejně jako výzkum vztahu mezi jejich strukturami a vlastnostmi, staly výzkumným ohniskem, kterému lidé věnovali velkou pozornost. Pomocí elektronového mikroskopu, obecně na transmisním elektronovém mikroskopu s ultravysokým vakuovým emisním polem nad 200 KV, lze pozorovat snímky nanofází a nanodrátů elektronovým mikroskopem s vysokým rozlišením, elektronové difrakční obrazce a spektra ztráty energie elektronů nanomateriálů. Na elektronovém mikroskopu byly například pozorovány uhlíkové nanotrubice s vnitřním průměrem 0,4 nm, nanorody Si-CN a polovodičové nanodrátky Si dopované Li. V oblasti biomedicíny, technologie nano-koloidního zlata, nano-selenových kapslí pro zdravotní péči, struktur organel na nanoúrovni a nanorobotů, kteří mohou být tak malí jako bakterie, monitorují koncentrace krve v krevních cévách a odstraňují krevní sraženiny v krvi plavidla lze říci, že jsou všechny výzkumy. Neoddělitelný od nástrojového elektronového mikroskopu. Stručně řečeno: SEM a TEM jsou v materiálové vědě, zejména nanotechnologii, stále důležitější. Zlepšení stability a provozuschopnosti dělá z elektronového mikroskopu již ne přístroj používaný několika odborníky, ale oblíbený nástroj; vyšší rozlišení je stále nejdůležitějším směrem pro vývoj elektronového mikroskopu; aplikace rastrovacího elektronového mikroskopu a transmisního elektronového mikroskopu se změnila z charakterizace a analýzy na experimenty in-situ a nano-viditelné zpracování; Fokusovaný iontový paprsek (FIB) se stále více používá ve vědeckém výzkumu nanomateriálů; Nejvýkonnější nástroj pro nanoprototypování; cíl korektivního STEM (Titan): 3D charakterizace struktury při rozlišení 0,5 Å v roce 2008.
5. Kryo-elektronová mikroskopie a trojrozměrná rekonstrukční technologie jsou aktuálními aktivními body výzkumu v bioelektronové mikroskopii. Technologie kryoelektronové mikroskopie a technologie trojrozměrné rekonstrukce jsou aktuálními výzkumnými ohnisky v bioelektronové mikroskopii. Pojednává především o využití kryoelektronové mikroskopie (která zahrnuje i aplikaci kryoelektronové mikroskopie na chladném jevišti kapalného helia) a počítačové technologii trojrozměrné rekonstrukce obrazu pro stanovení biologické Trojrozměrné struktury makromolekul a jejich komplexů. Jako je použití kryo-elektronové mikroskopie ke stanovení trojrozměrné struktury virů a růstu dvourozměrných krystalů membránových proteinů na jednovrstvých lipidových membránách a jejich pozorování a analýza elektronovým mikroskopem. Strukturní biologie vzbudila v dnešní době velkou pozornost lidí, protože při pohledu na biologický svět ze systémového hlediska má různé hierarchické struktury: individuální ® orgán ® tkáň ® buňka ® biomakromolekula. Přestože jsou biomakromolekuly na nejnižší úrovni, určují rozdíly mezi systémy na vysoké úrovni. Trojrozměrná struktura určuje funkci. Struktura je základem aplikace: návrh léků, genetické modifikace, výzkum a vývoj vakcín, konstrukce umělých proteinů atd. Někteří lidé předpovídají, že průlomy ve strukturální biologii přinesou do biologie revoluční změny. Elektronová mikroskopie je jedním z důležitých prostředků určování struktury. Výhody nízkoteplotní elektronové mikroskopie jsou: vzorek je ve stavu obsahujícím vodu a molekuly jsou v přirozeném stavu; protože vzorek je poškozen zářením, musí být pro pozorování použita technika s nízkou dávkou; pozorovací teplota je nízká, což zvyšuje radiační odolnost vzorku; Vzorky lze zmrazit v různých stavech, aby bylo možné pozorovat změny v molekulárních strukturách. Prostřednictvím těchto technik se výsledky pozorování a analýzy různých biologických vzorků přibližují skutečnému stavu.
6. Vysoce výkonné CCD kamery jsou stále populárnější. Výhody CCD používaných v elektronových mikroskopech jsou vysoká citlivost, nízký šum a vysoký odstup signálu od šumu. Pod stejným pixelem má CCD zobrazení často dobrou průhlednost a ostrost a reprodukce barev a expozice mohou být v zásadě přesné. Rozlišení obrazu/rozlišení fotoaparátu je to, kolik pixelů často říkáme. V praktických aplikacích fotoaparát Čím vyšší jsou pixely, tím lepší je kvalita zachyceného snímku. U stejného obrázku platí, že čím vyšší jsou pixely, tím silnější je schopnost analyzovat obrázek, ale množství dat, která zaznamená, bude mnohem větší, takže požadavky na úložné zařízení jsou mnohem vyšší. V dnešním oboru TEM jsou nově vyvíjené produkty kompletně řízeny počítačem a pořízení obrazu je doplněno CCD kamerou s vysokým rozlišením namísto fotografického filmu. Trend digitální technologie pohání revoluci TEM aplikací a dokonce i celé laboratorní práce ze všech aspektů. Zejména v oblasti softwaru pro zpracování obrazu se mnoho věcí, které byly v minulosti považovány za nemožné, stává skutečností.
