Η αρχή και η δομή του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης
Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, το πλήρες όνομα του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης, αγγλικά είναι ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM), είναι ένα ηλεκτρονικό οπτικό όργανο που χρησιμοποιείται για την παρατήρηση της επιφανειακής δομής των αντικειμένων.
1. Η αρχή του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης
Η κατασκευή ηλεκτρονικών μικροσκοπίων σάρωσης βασίζεται στην αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων με την ύλη. Όταν μια δέσμη ανθρώπινων ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας βομβαρδίζει την επιφάνεια ενός υλικού, η περιοχή διέγερσης παράγει δευτερεύοντα ηλεκτρόνια, ηλεκτρόνια Auger, χαρακτηριστικές ακτίνες Χ και συνεχείς ακτίνες Χ, οπισθοσκεδασμένα ηλεκτρόνια, ηλεκτρόνια μετάδοσης και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο ορατό, υπεριώδες και υπέρυθρες περιοχές. . Ταυτόχρονα, μπορούν επίσης να δημιουργηθούν ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών, δονήσεις πλέγματος (φωνόνια) και ταλαντώσεις ηλεκτρονίων (πλασμόνια). Για παράδειγμα, η συλλογή των δευτερογενών ηλεκτρονίων και των οπισθοσκεδασμένων ηλεκτρονίων μπορεί να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη μικροσκοπική μορφολογία του υλικού. η συλλογή ακτίνων Χ μπορεί να λάβει πληροφορίες για τη χημική σύνθεση του υλικού. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης λειτουργούν σαρώνοντας ένα δείγμα με μια εξαιρετικά λεπτή δέσμη ηλεκτρονίων, διεγείροντας δευτερεύοντα ηλεκτρόνια στην επιφάνεια του δείγματος. Τα ηλεκτρόνια πρώτης τάξης συλλέγονται από τον ανιχνευτή, μετατρέπονται σε οπτικά σήματα από τον σπινθηριστή εκεί και στη συνέχεια μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα από φωτοπολλαπλασιαστικούς σωλήνες και ενισχυτές, οι οποίοι ελέγχουν την ένταση της δέσμης ηλεκτρονίων στην οθόνη φωσφόρου και εμφανίζουν τη σαρωμένη εικόνα σε συγχρονισμό με τη δέσμη ηλεκτρονίων. Οι εικόνες είναι τρισδιάστατες εικόνες που αντικατοπτρίζουν την επιφανειακή δομή του δείγματος.
2. Η δομή του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης
(1) Κάννη φακού
Η κάννη του φακού περιλαμβάνει το πιστόλι ηλεκτρονίων, τον φακό συμπυκνωτή, τον αντικειμενικό φακό και το σύστημα σάρωσης. Ο ρόλος του είναι να παράγει μια εξαιρετικά λεπτή δέσμη ηλεκτρονίων (περίπου λίγα νανόμετρα σε διάμετρο) που σαρώνει την επιφάνεια του δείγματος ενώ ταυτόχρονα διεγείρει διάφορα σήματα.
(2) Ηλεκτρονικό σύστημα λήψης και επεξεργασίας σήματος
Στον θάλαμο δείγματος, η δέσμη ηλεκτρονίων σάρωσης αλληλεπιδρά με το δείγμα για να δημιουργήσει μια ποικιλία σημάτων, συμπεριλαμβανομένων των δευτερογενών ηλεκτρονίων, των οπισθοσκεδασμένων ηλεκτρονίων, των ακτίνων Χ, των απορροφημένων ηλεκτρονίων, των ρωσικών (Auger) ηλεκτρονίων και πολλά άλλα. Μεταξύ των προαναφερθέντων σημάτων, τα πιο σημαντικά είναι τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια, τα οποία είναι εξωτερικά ηλεκτρόνια που διεγείρονται από προσπίπτοντα ηλεκτρόνια στα άτομα του δείγματος και παράγονται στην περιοχή αρκετά νανόμετρα έως δεκάδες νανόμετρα κάτω από την επιφάνεια του δείγματος. Ο ρυθμός παραγωγής καθορίζεται κυρίως από τη μορφολογία και τη σύνθεση του δείγματος. Η εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης αναφέρεται συνήθως στη δευτερεύουσα εικόνα ηλεκτρονίων, η οποία είναι το πιο χρήσιμο ηλεκτρονικό σήμα για τη μελέτη της επιφανειακής τοπογραφίας του δείγματος. Ο ανιχνευτής του ανιχνευτή που ανιχνεύει τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια είναι ο σπινθηριστής. Όταν τα ηλεκτρόνια χτυπούν τον σπινθηριστή, δημιουργείται φως στον σπινθηριστή. Αυτό το φως μεταδίδεται μέσω του σωλήνα φωτός στον σωλήνα φωτοπολλαπλασιαστή, ο οποίος μετατρέπει το φωτεινό σήμα σε σήμα ρεύματος, το οποίο στη συνέχεια περνά μέσω της προενίσχυσης και η ενίσχυση βίντεο μετατρέπει το σήμα ρεύματος σε σήμα τάσης, το οποίο τελικά αποστέλλεται στο δίκτυο του σωλήνας εικόνας.
(3) Ηλεκτρονικό σύστημα απεικόνισης και καταγραφής σήματος
Οι εικόνες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης εμφανίζονται σε καθοδικό σωλήνα (σωλήνας εικόνας) και καταγράφονται από κάμερα. Υπάρχουν δύο είδη λυχνιών εικόνων, ο ένας χρησιμοποιείται για παρατήρηση και έχει χαμηλότερη ανάλυση και είναι ένας μακρύς σωλήνας μεταλάμψης. το άλλο χρησιμοποιείται για φωτογραφική εγγραφή και έχει υψηλότερη ανάλυση και είναι ένας κοντός σωλήνας μετάλαμψης.
(4) Σύστημα κενού και σύστημα τροφοδοσίας
Το σύστημα κενού του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης αποτελείται από μια μηχανική αντλία και μια αντλία διάχυσης λαδιού. Το σύστημα τροφοδοσίας παρέχει τη συγκεκριμένη ισχύ που απαιτείται από κάθε εξάρτημα.
3. Ο σκοπός του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης
Η πιο βασική λειτουργία των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων σάρωσης είναι η παρατήρηση των επιφανειών διαφόρων στερεών δειγμάτων σε υψηλή ανάλυση. Οι εικόνες μεγάλου βάθους πεδίου είναι χαρακτηριστικό των παρατηρήσεων με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, όπως: βιολογία, βοτανική, γεωλογία, μεταλλουργία κ.λπ. Οι παρατηρήσεις μπορεί να είναι επιφάνειες δείγματος, επιφάνειες κοπής ή διατομές. Οι μεταλλουργοί χαίρονται να βλέπουν απευθείας παρθένες ή φθαρμένες επιφάνειες. Μελετήστε εύκολα επιφάνειες οξειδίου, ανάπτυξη κρυστάλλων ή ελαττώματα διάβρωσης. Από τη μία πλευρά, μπορεί να εξετάσει πιο άμεσα τη λεπτή δομή του χαρτιού, των υφασμάτων, του φυσικού ή επεξεργασμένου ξύλου και οι βιολόγοι μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να μελετήσουν τη δομή μικρών, εύθραυστων δειγμάτων. Για παράδειγμα: σωματίδια γύρης, διάτομα και έντομα. Από την άλλη πλευρά, μπορεί να τραβήξει τρισδιάστατες φωτογραφίες που αντιστοιχούν στην επιφάνεια του δείγματος. Η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη μελέτη στερεών υλικών και είναι συγκρίσιμη με άλλα όργανα. Για πλήρη χαρακτηρισμό στερεών υλικών, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης.
