Dụng cụ kính hiển vi điện tử

Kính hiển vi điện tử, kính hiển vi đạt độ phân giải cực cao sử dụng chùm tia điện tử thay vì chùm ánh sáng để chiếu sáng đối tượng nghiên cứu.

luyện kim: Kính hiển vi điện tử

Những tiến bộ lớn đã được thực hiện trong việc sử dụng các chùm năng lượng tập trung tinh xảo để kiểm tra kim loại. Kính hiển vi điện tử s

.

Lịch sử

Nghiên cứu cơ bản của nhiều nhà vật lý trong quý đầu của thế kỷ 20 cho thấy rằng các tia âm cực (tức là các electron) có thể được sử dụng theo một cách nào đó để tăng độ phân giải của kính hiển vi. Nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie năm 1924 đã mở đường với gợi ý rằng các chùm electron có thể được coi là một dạng chuyển động sóng. De Broglie đã đưa ra công thức cho bước sóng của họ, cho thấy, ví dụ, đối với các electron được gia tốc 60.000 volt (hoặc 60 kilovolt [k]), bước sóng hiệu quả sẽ là 0,05 angstrom (Å) ánh sáng. Nếu các sóng như vậy có thể được sử dụng trong kính hiển vi, thì độ phân giải sẽ tăng đáng kể. Năm 1926, người ta đã chứng minh rằng từ trường hoặc tĩnh điện có thể đóng vai trò là thấu kính cho các electron hoặc các hạt tích điện khác. Phát hiện này đã khởi xướng nghiên cứu về quang học điện tử và đến năm 1931, các kỹ sư điện người Đức Max Knoll và Ernst Ruska đã phát minh ra kính hiển vi điện tử hai thấu kính tạo ra hình ảnh của nguồn electron. Năm 1933, một kính hiển vi điện tử nguyên thủy đã được chế tạo để chụp ảnh mẫu vật chứ không phải nguồn điện tử, và năm 1935 Knoll đã tạo ra hình ảnh quét trên bề mặt rắn. Độ phân giải của kính hiển vi quang học đã sớm bị vượt qua.

Nhà vật lý người Đức Manfred, Freiherr (baron) von Ardenne và kỹ sư điện tử người Anh Charles Oatley đã đặt nền móng của kính hiển vi điện tử truyền qua (trong đó chùm electron đi qua mẫu vật) và quét kính hiển vi điện tử (trong đó tia điện tử phóng ra từ mẫu khác các electron sau đó được phân tích), được ghi nhận rõ nhất trong cuốn sách Elektronen-Übermikroskopie (1940) của Ardenne. Tiến bộ hơn nữa trong việc chế tạo kính hiển vi điện tử đã bị trì hoãn trong Thế chiến II nhưng đã nhận được một động lực vào năm 1946 với việc phát minh ra máy đo tốc độ, bù cho sự loạn thị của thấu kính vật kính, sau đó việc sản xuất trở nên phổ biến hơn.

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) có thể hình ảnh mẫu vật có độ dày lên tới 1 micromet. Kính hiển vi điện áp cao tương tự như TEM nhưng hoạt động ở điện áp cao hơn nhiều. Kính hiển vi điện tử quét (SEM), trong đó một chùm electron được quét trên bề mặt vật thể rắn, được sử dụng để xây dựng hình ảnh về các chi tiết của cấu trúc bề mặt. Kính hiển vi điện tử quét môi trường (ESEM) có thể tạo ra hình ảnh quét của mẫu vật trong khí quyển, không giống như SEM, và có thể chấp nhận nghiên cứu các mẫu vật ẩm, bao gồm một số sinh vật sống.

Sự kết hợp của các kỹ thuật đã tạo ra kính hiển vi điện tử truyền qua quét (STEM), kết hợp các phương pháp TEM và SEM, và máy siêu âm đầu dò điện tử, hoặc máy phân tích microprobe, cho phép phân tích hóa học thành phần vật liệu được thực hiện bằng cách sử dụng chùm electron tới để kích thích sự phát xạ của tia X đặc trưng bởi các nguyên tố hóa học trong mẫu vật. Những tia X này được phát hiện và phân tích bằng máy quang phổ tích hợp trong thiết bị. Máy phân tích microprobe có thể tạo ra hình ảnh quét electron để cấu trúc và thành phần có thể dễ dàng tương quan.

Một loại kính hiển vi điện tử khác là kính hiển vi phát xạ trường, trong đó một điện trường mạnh được sử dụng để hút các electron từ một dây được gắn trong ống tia âm cực.