Výhody elektronových mikroskopů oproti optickým mikroskopům
Elektronový mikroskop je přístroj, který využívá elektronový paprsek a elektronovou čočku místo světelného paprsku a optické čočky podle principu elektronové optiky, takže jemná struktura materiálu je zobrazena při velmi velkém zvětšení.
Rozlišení elektronového mikroskopu je vyjádřeno jako malá vzdálenost mezi dvěma sousedními body, kterou dokáže rozlišit. V 1970s bylo rozlišení transmisního elektronového mikroskopu asi 0,3 nanometrů (rozlišení lidského oka je asi 0,1 milimetru). V dnešní době je velké zvětšení elektronového mikroskopu více než 3 milionkrát, zatímco velké zvětšení optického mikroskopu je asi 2,000krát, takže elektronový mikroskop může přímo pozorovat atomy a krystaly určitých těžkých kovů v úhledně uspořádaná atomová tečková matice.
V roce 1931 německý Knorr a Ruska se zdrojem elektronů se studenou katodou a třemi elektronovými čočkami upravili vysokonapěťový osciloskop a získali zvětšení více než tucetkrát větší, než je obraz, což potvrdilo možnost zvětšení zobrazení elektronovým mikroskopem. V roce 1932, po vylepšení Ruska, dosáhla rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu 50 nanometrů, tedy asi 10násobku rozlišení tehdejšího optického mikroskopu, a tak se Elektronový mikroskop začal dostávat do povědomí lidí.
Ve 1940 letech 20. století Hill ze Spojených států použil rozptylovač ke kompenzaci rotační asymetrie elektronové čočky, takže rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu měla nový průlom a postupně dosáhla moderní úrovně. V Číně, v roce 1958, byl úspěšný vývoj transmisního elektronového mikroskopu, jeho rozlišovací schopnost 3 nanometry, v roce 1979 a rozlišovací schopnost 0,3 nanometru velkého elektronového mikroskopu.
Přestože rozlišení elektronového mikroskopu bylo mnohem lepší než optického mikroskopu, elektronový mikroskop potřebuje pracovat ve vakuu, takže je obtížné pozorovat živé organismy a ozáření elektronovým paprskem způsobí, že biologické vzorky budou poškození ozářením. Další problémy, jako je jas elektronového děla a zlepšení kvality elektronové čočky, je také třeba nadále studovat.
Rozlišovací schopnost je důležitým ukazatelem elektronového mikroskopu, který souvisí s úhlem dopadu kužele a vlnovou délkou elektronového paprsku procházejícího vzorkem. Vlnová délka viditelného světla je asi {{0}} nm a vlnová délka elektronového paprsku souvisí s urychlujícím napětím. Když je urychlovací napětí 50 až 100 kV, je vlnová délka elektronového paprsku asi 0,0053 až 0,0037 nm. Protože vlnová délka elektronového paprsku je mnohem menší než vlnová délka viditelného světla, takže i když je úhel kužele elektronového paprsku pouze 1% optického mikroskopu, rozlišení elektronového mikroskopu je stále mnohem lepší než optického mikroskopu. .
Elektronový mikroskop se skládá ze tří částí: zrcadlové trubice, vakuového systému a napájecí skříně. Hlaveň má hlavně elektronovou pistoli, elektronovou čočku, držák vzorku, fluorescenční stínítko a mechanismus kamery a další součásti, tyto součásti jsou obvykle sestaveny shora dolů do sloupce; vakuový systém se skládá z mechanické vakuové pumpy, difuzní pumpy a vakuových ventilů atd., a přes čerpací potrubí připojené k barelu zrcadla; napájecí skříň se skládá z vysokonapěťového generátoru, stabilizátoru budícího proudu a řady regulačních řídicích jednotek.
Elektronová čočka je důležitou součástí tubusu elektronového mikroskopu, je symetrická k ose tubusu prostorového elektrického pole nebo magnetického pole tak, aby dráha elektronů k ose vzniku fokusace role skla konvexní čočka, aby se role paprsku světla zaostřování je podobná roli čočky, takže se nazývá elektronová čočka. Většina moderních elektronových mikroskopů používá elektromagnetické čočky velmi stabilním stejnosměrným budícím proudem skrz cívku s pólovou botkou generovanou silným magnetickým polem k zaostření elektronů.
Elektronová tryska je součást skládající se z wolframové žhavé katody, hradla a katody. Vyzařuje a tvoří elektronový paprsek s rovnoměrnou rychlostí, takže stabilita urychlovacího napětí nesmí být menší než jedna část z deseti tisíc.
Elektronové mikroskopy lze podle konstrukce a použití rozdělit na transmisní elektronové mikroskopy, rastrovací elektronové mikroskopy, odrazové elektronové mikroskopy a emisní elektronové mikroskopy. Transmisní elektronový mikroskop se často používá k pozorování těch, kteří s běžnými mikroskopy nerozeznají jemnou strukturu materiálu; rastrovací elektronový mikroskop se používá především k pozorování morfologie pevného povrchu, ale také s rentgenovým difraktometrem nebo elektronovým spektrometrem kombinovaným k vytvoření elektronové mikrosondy, používané pro analýzu složení materiálu; emisní elektronový mikroskop pro studium povrchu samoemise elektronů.
