Načelo in struktura vrstičnega elektronskega mikroskopa
Vrstični elektronski mikroskop, polno ime vrstičnega elektronskega mikroskopa, angleško scanning electronic microscope (SEM), je elektronski optični instrument, ki se uporablja za opazovanje površinske strukture predmetov.
1. Načelo vrstičnega elektronskega mikroskopa
Izdelava vrstičnih elektronskih mikroskopov temelji na interakciji elektronov s snovjo. Ko žarek visokoenergijskih človeških elektronov bombardira površino materiala, območje vzbujanja proizvede sekundarne elektrone, Augerjeve elektrone, značilne rentgenske žarke in kontinualne rentgenske žarke, nazaj sipane elektrone, transmisijske elektrone in elektromagnetno sevanje v vidnem, ultravijoličnem in infrardeče regije. . Istočasno lahko nastanejo tudi pari elektron-luknja, nihanje mreže (fononi) in nihanje elektronov (plazmoni). Na primer, zbiranje sekundarnih elektronov in povratno sipanih elektronov lahko pridobi informacije o mikroskopski morfologiji materiala; zbiranje rentgenskih žarkov lahko pridobi podatke o kemični sestavi materiala. Vrstični elektronski mikroskopi delujejo tako, da skenirajo vzorec z izjemno finim elektronskim žarkom, pri čemer vzbudijo sekundarne elektrone na površini vzorca. Elektrone prvega reda zbere detektor, pretvori jih v optične signale s tamkajšnjim scintilatorjem, nato pa jih fotopomnoževalne cevi in ojačevalniki pretvorijo v električne signale, ki nadzorujejo intenziteto elektronskega žarka na fosfornem zaslonu in prikažejo optično prebrano sliko. v sinhronizaciji z elektronskim žarkom. Slike so tridimenzionalne slike, ki odražajo strukturo površine vzorca.
2. Zgradba vrstičnega elektronskega mikroskopa
(1) Tulec leče
Cev objektiva vključuje elektronsko pištolo, zbiralno lečo, lečo objektiva in sistem za skeniranje. Njegova vloga je ustvariti izredno fin elektronski žarek (premera približno nekaj nanometrov), ki skenira površino vzorca, medtem ko vzbuja različne signale.
(2) Elektronski sistem za zajemanje in obdelavo signalov
V vzorčni komori skenirni elektronski žarek sodeluje z vzorcem, da ustvari različne signale, vključno s sekundarnimi elektroni, povratno sipanimi elektroni, rentgenskimi žarki, absorbiranimi elektroni, ruskimi (Augerjevimi) elektroni in drugimi. Med zgoraj omenjenimi signali so najpomembnejši sekundarni elektroni, ki so zunanji elektroni, ki jih vzbujajo vpadni elektroni v atomih vzorca in nastanejo v območju nekaj nanometrov do deset nanometrov pod površino vzorca. Stopnjo generiranja določata predvsem morfologija in sestava vzorca. Slika vrstičnega elektronskega mikroskopa se običajno nanaša na sekundarno elektronsko sliko, ki je najbolj uporaben elektronski signal za preučevanje topografije površine vzorca. Sonda detektorja, ki zaznava sekundarne elektrone, je scintilator. Ko elektroni zadenejo scintilator, se v scintilatorju ustvari svetloba. Ta svetloba se prenaša skozi svetlobno cev do fotopomnoževalne cevi, ki pretvori svetlobni signal v tokovni signal, ki se nato prenese skozi Predojačenje in video ojačenje pretvori tokovni signal v napetostni signal, ki se končno pošlje v omrežje slikovna cev.
(3) Sistem elektronskega prikaza in zapisovanja signala
Slike vrstičnega elektronskega mikroskopa so prikazane na katodni cevi (slikovni cevi) in posnete s kamero. Obstajata dve vrsti slikovnih cevi, ena se uporablja za opazovanje in ima nižjo ločljivost ter je dolga cev s naknadnim žarenjem; drugi se uporablja za fotografsko snemanje in ima višjo ločljivost ter je kratka cev za zasvetlenje.
(4) Vakuumski sistem in sistem napajanja
Vakuumski sistem vrstičnega elektronskega mikroskopa je sestavljen iz mehanske črpalke in oljne difuzijske črpalke. Sistem napajanja zagotavlja specifično moč, ki jo potrebuje vsaka komponenta.
3. Namen vrstičnega elektronskega mikroskopa
Najosnovnejša funkcija vrstičnih elektronskih mikroskopov je opazovanje površin različnih trdnih vzorcev pri visoki ločljivosti. Slike velike globinske ostrine so značilnost opazovanj z vrstičnim elektronskim mikroskopom, kot so: biologija, botanika, geologija, metalurgija itd. Opazovanja so lahko vzorčne površine, rezane površine ali prečni prerezi. Metalurgi so veseli, ko neposredno vidijo nedotaknjene ali obrabljene površine. Preprosto preučite oksidne površine, rast kristalov ali korozijske napake. Po eni strani lahko bolj neposredno preučuje fino strukturo papirja, tekstila, naravnega ali predelanega lesa, biologi pa lahko z njim preučujejo strukturo majhnih, krhkih vzorcev. Na primer: delci cvetnega prahu, diatomeje in žuželke. Po drugi strani pa lahko posname tridimenzionalne slike, ki ustrezajo površini vzorca. Vrstična elektronska mikroskopija ima široko paleto aplikacij pri preučevanju trdnih materialov in je primerljiva z drugimi instrumenti. Za popolno karakterizacijo trdnih materialov, vrstična elektronska mikroskopija.
