Metodi di classificazione e categorie dei microscopi elettronici
I microscopi elettronici possono essere suddivisi in microscopi elettronici a trasmissione, microscopi elettronici a scansione, microscopi elettronici a riflessione e microscopi elettronici a emissione in base alla loro struttura e al loro utilizzo.
I microscopi elettronici a trasmissione vengono spesso utilizzati per osservare minuscole strutture materiali che non possono essere distinte con i normali microscopi; i microscopi elettronici a scansione vengono utilizzati principalmente per osservare la morfologia delle superfici solide e possono anche essere combinati con diffrattometri a raggi X o spettrometri di energia elettronica per formare microsonde elettroniche vengono utilizzate per l'analisi della composizione dei materiali; i microscopi elettronici a emissione vengono utilizzati per lo studio delle superfici elettroniche autoemittenti.
Microscopio elettronico a trasmissione
Prende il nome dal fatto che il fascio di elettroni penetra nel campione e quindi utilizza una lente elettronica per visualizzare e ingrandire l'immagine. Il suo percorso luminoso è simile a quello di un microscopio ottico e può ottenere direttamente la proiezione di un campione. Cambiando il sistema di lenti dell'obiettivo è possibile ingrandire direttamente l'immagine nel punto focale dell'obiettivo. Da questo si possono ottenere immagini di diffrazione elettronica. Questa immagine può essere utilizzata per analizzare la struttura cristallina del campione. In questo tipo di microscopio elettronico il contrasto dei dettagli dell'immagine è formato dalla diffusione del fascio di elettroni da parte degli atomi del campione. Poiché gli elettroni devono viaggiare attraverso il campione, il campione deve essere molto sottile. Lo spessore del campione è determinato dai pesi atomici degli atomi che compongono il campione, dalla tensione alla quale gli elettroni vengono accelerati e dalla risoluzione desiderata. Lo spessore del campione può variare da pochi nanometri a diversi micrometri. Maggiore è il peso atomico e minore è la tensione, più sottile deve essere il campione. La parte più sottile o a densità inferiore del campione ha una minore dispersione del fascio di elettroni, quindi più elettroni passano attraverso l'apertura della lente dell'obiettivo e partecipano all'imaging, rendendo l'immagine più luminosa. Al contrario, le parti più spesse o più dense del campione appariranno più scure nell'immagine. Se il campione è troppo spesso o denso, il contrasto dell'immagine si deteriorerà e potrebbe addirittura essere danneggiato o distrutto assorbendo l'energia del fascio di elettroni.
La risoluzione di un microscopio elettronico a trasmissione è {{0}},1~0,2 nm e l'ingrandimento è da decine di migliaia a centinaia di migliaia di volte. Poiché gli elettroni vengono facilmente dispersi o assorbiti dagli oggetti, il potere di penetrazione è basso e devono essere preparate sezioni ultrasottili più sottili (solitamente da 50 a 100 nm).
La parte superiore del cilindro del microscopio elettronico a trasmissione è un cannone elettronico. Gli elettroni vengono emessi dal catodo caldo del filamento di tungsteno e passano attraverso il primo e il secondo condensatore per focalizzare il fascio di elettroni. Dopo che il fascio di elettroni ha attraversato il campione, viene ripreso sullo specchio intermedio dalla lente dell'obiettivo, quindi viene gradualmente amplificato dallo specchio intermedio e dallo specchio di proiezione e viene ripreso sullo schermo fluorescente o sulla lastra fotografica asciutta. Lo specchio intermedio regola principalmente la corrente di eccitazione e l'ingrandimento può essere modificato continuamente da decine a centinaia di migliaia di volte. Modificando la lunghezza focale dello specchio intermedio, è possibile ottenere immagini al microscopio elettronico e immagini di diffrazione elettronica su piccole parti dello stesso campione. .
microscopio elettronico a scansione
Il fascio di elettroni di un microscopio elettronico a scansione non passa attraverso il campione, ma si concentra solo su una piccola area il più possibile del campione, quindi scansiona il campione riga per riga. Gli elettroni incidenti provocano l'eccitazione degli elettroni secondari dalla superficie del campione. Ciò che osserva il microscopio sono gli elettroni sparsi da ciascun punto. Il cristallo di scintillazione posto accanto al campione riceve questi elettroni secondari e li amplifica per modulare l'intensità del fascio di elettroni del cinescopio, modificando così la luminosità sullo schermo fluorescente del cinescopio. L'immagine è un'immagine tridimensionale, che riflette la struttura superficiale del campione. La bobina di deflessione del tubo catodico continua la scansione in sincronia con il fascio di elettroni sulla superficie del campione, in modo che lo schermo fluorescente del tubo catodico visualizzi l'immagine topografica della superficie del campione, che è simile al principio di funzionamento della televisione industriale. Poiché in un microscopio di questo tipo gli elettroni non devono essere trasmessi attraverso il campione, la tensione alla quale vengono accelerati non deve essere molto elevata.
La risoluzione di un microscopio elettronico a scansione è determinata principalmente dal diametro del fascio di elettroni sulla superficie del campione. L'ingrandimento è il rapporto tra l'ampiezza di scansione sul tubo catodico e l'ampiezza di scansione sul campione e può variare continuamente da decine a centinaia di migliaia di volte. I microscopi elettronici a scansione non richiedono campioni molto sottili; le immagini hanno un forte effetto tridimensionale; possono utilizzare informazioni come elettroni secondari, elettroni di assorbimento e raggi X generati dall'interazione tra fasci di elettroni e sostanze per analizzare la composizione delle sostanze.
La costruzione dei microscopi elettronici a scansione si basa sull'interazione tra elettroni e materia. Quando un fascio di elettroni incidenti ad alta energia bombarda la superficie di un materiale, l'area eccitata produrrà elettroni secondari, elettroni Auger, raggi X caratteristici e raggi X a spettro continuo, elettroni retrodiffusi, elettroni trasmessi e raggi X visibili, ultravioletti e luce infrarossa. radiazione elettromagnetica generata nell’area. Allo stesso tempo possono essere generate anche coppie elettrone-lacuna, vibrazioni reticolari (fononi) e oscillazioni elettroniche (plasma).
