Introduzione al principio di composizione del microscopio elettronico
Un microscopio elettronico è costituito da un barilotto dell'obiettivo, un sistema di vuoto e un armadio elettrico. Il barilotto dell'obiettivo è costituito principalmente da un cannone elettronico, una lente elettronica, un supporto per campioni, uno schermo fluorescente e un meccanismo della fotocamera, che solitamente sono assemblati in una colonna dall'alto verso il basso; Il sistema del vuoto è costituito da una pompa a vuoto meccanica, una pompa a diffusione e una valvola a vuoto, ed è collegato al barilotto dell'obiettivo tramite una tubazione di estrazione dell'aria; L'armadio elettrico è composto da generatore ad alta tensione, stabilizzatore della corrente di eccitazione e varie unità di controllo di regolazione.
La lente elettronica è la parte più importante del cilindro della lente del microscopio elettronico. Utilizza un campo elettrico spaziale o un campo magnetico simmetrico all'asse del barilotto della lente per piegare la traiettoria degli elettroni verso l'asse per formare il fuoco, che è simile a quello della lente convessa di vetro per focalizzare il raggio luminoso, quindi è chiamato lente elettronica. La maggior parte dei moderni microscopi elettronici utilizza lenti elettromagnetiche e il forte campo magnetico generato da una corrente di eccitazione CC molto stabile che passa attraverso una bobina con espansioni polari focalizza gli elettroni.
Un cannone elettronico è un componente costituito da un catodo caldo del filamento di tungsteno, una griglia e un catodo. Può emettere e formare un fascio di elettroni con velocità uniforme, quindi la stabilità della tensione di accelerazione deve essere non inferiore a un decimillesimo.
Il microscopio elettronico può essere suddiviso in microscopio elettronico a trasmissione, microscopio elettronico a scansione, microscopio elettronico a riflessione e microscopio elettronico a emissione in base alla struttura e all'utilizzo. Il microscopio elettronico a trasmissione (TEM) viene spesso utilizzato per osservare la struttura fine del materiale che non può essere distinta dal microscopio ordinario. Il microscopio elettronico a scansione (SEM) viene utilizzato principalmente per osservare la morfologia della superficie solida e può anche essere combinato con un diffrattometro a raggi X o uno spettrometro di energia elettronica. Il microelettrone è formato dalla diffusione del fascio di elettroni da parte degli atomi del campione. Nella parte sottile o a bassa densità del campione, il fascio di elettroni si disperde meno, quindi più elettroni passano attraverso il diaframma dell'obiettivo e partecipano all'imaging, il che li fa apparire più luminosi nell'immagine. Al contrario, la parte più spessa o densa del campione appare più scura nell'immagine. Se il campione è troppo spesso o troppo denso, il contrasto dell'immagine si deteriorerà e verrà addirittura danneggiato o distrutto assorbendo l'energia del fascio di elettroni.
La parte superiore del barilotto dell'obiettivo del microscopio elettronico a trasmissione è un cannone elettronico. Gli elettroni vengono emessi dal catodo caldo del filamento di tungsteno e focalizzati dalla prima e dalla seconda lente del condensatore. Dopo che il fascio di elettroni ha attraversato il campione, viene ripreso sullo specchio intermedio dalla lente dell'obiettivo, quindi amplificato passo dopo passo dallo specchio intermedio e dallo specchio di proiezione e ripreso sullo schermo fluorescente o sulla lastra fotografica.
L'ingrandimento dello specchio intermedio può essere modificato continuamente da diverse decine a diverse centinaia di migliaia di volte regolando la corrente di eccitazione. Modificando la lunghezza focale dello specchio intermedio, è possibile ottenere l'immagine al microscopio elettronico e l'immagine di diffrazione elettronica su una piccola parte dello stesso campione. Per studiare i campioni di spesse fette di metallo, il Laboratorio di ottica elettronica di Dulos, in Francia, ha sviluppato un microscopio elettronico ad altissima tensione con una tensione di accelerazione di 3500 kV.
Il fascio di elettroni del microscopio elettronico a scansione non passa attraverso il campione, ma scansiona solo la superficie del campione per eccitare gli elettroni secondari. Il cristallo di scintillazione posto accanto al campione riceve questi elettroni secondari e modula l'intensità del fascio di elettroni del cinescopio dopo l'amplificazione, modificando così la luminosità sullo schermo del cinescopio. La bobina di deflessione del tubo catodico mantiene la scansione sincrona con il fascio di elettroni sulla superficie del campione, in modo che lo schermo fluorescente del tubo catodico mostri l'immagine morfologica della superficie del campione, che è simile al principio di funzionamento dei televisori industriali.
La risoluzione del microscopio elettronico a scansione dipende 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, che può essere modificato continuamente da decine a centinaia di migliaia di volte. Il microscopio elettronico a scansione non necessita di campioni molto sottili; L'immagine ha un forte senso tridimensionale; La composizione della sostanza può essere analizzata utilizzando le informazioni degli elettroni secondari, degli elettroni assorbiti e dei raggi X generati dall'interazione tra il fascio di elettroni e la sostanza.
Il cannone elettronico e il condensatore del microscopio elettronico a scansione sono quasi uguali a quelli del microscopio elettronico a trasmissione, ma per rendere il fascio di elettroni più sottile, vengono aggiunti una lente obiettiva e un diffusore astigmatico sotto il condensatore e due set di lenti a scansione anche nella lente dell'obiettivo sono installate bobine perpendicolari tra loro. Un tavolo portacampioni che può muoversi, ruotare e inclinarsi è installato nella camera del campione sotto la lente dell'obiettivo.
