Πλεονεκτήματα της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας έναντι της οπτικής μικροσκοπίας
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιεί δέσμες ηλεκτρονίων και φακούς ηλεκτρονίων αντί για δέσμες φωτός και οπτικούς φακούς με βάση τις αρχές της οπτικής ηλεκτρονίων για την απεικόνιση της λεπτής δομής της ύλης σε πολύ υψηλή μεγέθυνση.
Η διακριτική ισχύς ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου εκφράζεται από τη μικρή απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών σημείων που μπορεί να ξεχωρίσει. Στη δεκαετία του 1970, η ανάλυση των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων μετάδοσης ήταν περίπου 0,3 νανόμετρα (η ικανότητα διαχωρισμού του ανθρώπινου ματιού είναι περίπου 0,1 χιλιοστά). Σήμερα, η μέγιστη μεγέθυνση των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων υπερβαίνει τις 3 εκατομμύρια φορές, ενώ η μέγιστη μεγέθυνση των οπτικών μικροσκοπίων είναι περίπου 2,000 φορές. Επομένως, τα άτομα ορισμένων βαρέων μετάλλων και το τακτοποιημένο ατομικό πλέγμα στους κρυστάλλους μπορούν να παρατηρηθούν απευθείας μέσω ηλεκτρονικών μικροσκοπίων.
Αν και η διακριτική ισχύς των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων είναι πολύ καλύτερη από αυτή των οπτικών μικροσκοπίων, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια πρέπει να λειτουργούν υπό συνθήκες κενού, επομένως είναι δύσκολο να παρατηρηθούν ζωντανοί οργανισμοί και η ακτινοβολία δέσμης ηλεκτρονίων μπορεί επίσης να προκαλέσει βλάβη από ακτινοβολία σε βιολογικά δείγματα. Άλλα θέματα, όπως η βελτίωση της φωτεινότητας του όπλου ηλεκτρονίων και η ποιότητα του ηλεκτρονιακού φακού, πρέπει επίσης να συνεχιστούν να μελετώνται.
Η ισχύς διαχωρισμού είναι ένας σημαντικός δείκτης ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, ο οποίος σχετίζεται με την προσπίπτουσα γωνία κώνου και το μήκος κύματος της δέσμης ηλεκτρονίων που διέρχεται από το δείγμα. Το μήκος κύματος του ορατού φωτός είναι περίπου 300 έως 700 νανόμετρα και το μήκος κύματος της δέσμης ηλεκτρονίων σχετίζεται με την τάση επιτάχυνσης. Όταν η τάση επιτάχυνσης είναι 50 έως 100 kilovolt, το μήκος κύματος της δέσμης ηλεκτρονίων είναι περίπου 0,0053 έως 0,0037 νανόμετρα. Δεδομένου ότι το μήκος κύματος της δέσμης ηλεκτρονίων είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός, ακόμα κι αν η γωνία κώνου της δέσμης ηλεκτρονίων είναι μόνο 1% αυτής του οπτικού μικροσκοπίου, η ισχύς ανάλυσης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου εξακολουθεί να είναι πολύ ανώτερη από αυτήν του οπτικού μικροσκοπίου.
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο αποτελείται από τρία μέρη: σωλήνα φακού, σύστημα κενού και θάλαμο ισχύος. Η κάννη του φακού περιλαμβάνει κυρίως εξαρτήματα όπως ένα πιστόλι ηλεκτρονίων, έναν ηλεκτρονικό φακό, μια θήκη δείγματος, μια οθόνη φθορισμού και έναν μηχανισμό κάμερας. Αυτά τα εξαρτήματα συνήθως συναρμολογούνται σε έναν κύλινδρο από πάνω προς τα κάτω. το σύστημα κενού αποτελείται από μια μηχανική αντλία κενού, μια αντλία διάχυσης, μια βαλβίδα κενού, κ.λπ., και αντλείται μέσω Ο αγωγός αερίου συνδέεται με το σωλήνα φακού. ο πίνακας ισχύος αποτελείται από μια γεννήτρια υψηλής τάσης, έναν σταθεροποιητή ρεύματος διέγερσης και διάφορες μονάδες ελέγχου ρύθμισης.
Ο ηλεκτρονικός φακός είναι ένα σημαντικό συστατικό του βαρελιού του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Χρησιμοποιεί ένα χωρικό ηλεκτρικό πεδίο ή μαγνητικό πεδίο που είναι συμμετρικό με τον άξονα του κυλίνδρου για να κάμψει την τροχιά των ηλεκτρονίων προς τον άξονα για να σχηματίσει μια εστίαση. Η λειτουργία του είναι παρόμοια με αυτή ενός γυάλινου κυρτού φακού για την εστίαση της δέσμης, γι' αυτό ονομάζεται φακός ηλεκτρονίων. . Τα περισσότερα σύγχρονα ηλεκτρονικά μικροσκόπια χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικούς φακούς. Το ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα πολύ σταθερό ρεύμα διέγερσης συνεχούς ρεύματος που διέρχεται από ένα πηνίο με πέλματα πόλων εστιάζει τα ηλεκτρόνια.
Το όπλο ηλεκτρονίων είναι ένα εξάρτημα που αποτελείται από μια θερμή κάθοδο με νήμα βολφραμίου, ένα πλέγμα και μια κάθοδο. Μπορεί να εκπέμπει και να σχηματίζει δέσμες ηλεκτρονίων με ομοιόμορφη ταχύτητα, επομένως η σταθερότητα της τάσης επιτάχυνσης απαιτείται να μην είναι μικρότερη από το ένα δέκατο χιλιοστό.
Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μπορούν να χωριστούν σε ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης, ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης, ηλεκτρονικά μικροσκόπια ανάκλασης και ηλεκτρονικά μικροσκόπια εκπομπής ανάλογα με τη δομή και τις χρήσεις τους. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης χρησιμοποιούνται συχνά για την παρατήρηση μικροσκοπικών δομών υλικών που δεν μπορούν να διακριθούν με τα συνηθισμένα μικροσκόπια. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης χρησιμοποιούνται κυρίως για την παρατήρηση της μορφολογίας των στερεών επιφανειών και μπορούν επίσης να συνδυαστούν με περιθλασίμετρα ακτίνων Χ ή φασματόμετρα ενέργειας ηλεκτρονίων για να σχηματίσουν ηλεκτρονικά Μικροανιχνευτές χρησιμοποιούνται για ανάλυση σύνθεσης υλικού. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια εκπομπής χρησιμοποιούνται για τη μελέτη επιφανειών ηλεκτρονίων που εκπέμπουν μόνοι τους.
