Ταξινόμηση και Συντήρηση Ηλεκτρονικών Μικροσκοπίων
Το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Υψηλής Τάσης (HVEM) είναι ένας τύπος Ηλεκτρονικού Μικροσκόπιου Μετάδοσης (TEM). Το συμβατικό TEM λειτουργεί συνήθως με τάση επιτάχυνσης 100 kV και μπορεί να διεισδύσει μόνο σε δείγματα με πάχος αρκετών χιλιάδων angstroms. Η διείσδυση ηλεκτρονίων αυξάνεται με ²=v²/c² (το τετράγωνο του λόγου της ταχύτητας των ηλεκτρονίων προς την ταχύτητα του φωτός). Λόγω των σχετικιστικών επιδράσεων, η ανάπτυξη του ² επιβραδύνεται σημαντικά πάνω από τα 500 kV. Τα μοντέλα που διατίθενται στο εμπόριο περιλαμβάνουν εκδόσεις 200 kV, 300 kV και 1000 kV. Ειδικά κατασκευασμένες μονάδες 3000 kV υπάρχουν στη Γαλλία και την Ιαπωνία. Εκτός από τη στήλη επιτάχυνσης, ένα HVEM είναι παρόμοιο με ένα τυπικό TEM αλλά είναι κατασκευασμένο σε μεγαλύτερη κλίμακα. Ένα HVEM 1000 kV μπορεί να είναι τόσο ψηλό όσο ένα διώροφο κτίριο. Οι διευρυμένες διαστάσεις δημιουργούν επιπλέον χώρο γύρω από τη θήκη δείγματος για την εγκατάσταση διαφόρων εξαρτημάτων χειρισμού δειγμάτων, όπως κελιά τεντώματος, θέρμανσης, ψύξης και αντίδρασης, τα οποία μπορούν να συνδυαστούν με ένα ανακλινόμενο στάδιο δείγματος. Μπορούν να πραγματοποιηθούν δυναμικές επιτόπιες παρατηρήσεις και οι αλλαγές κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας του δείγματος μπορούν να καταγραφούν με βίντεο. Τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας προκαλούν βλάβη από την ακτινοβολία στο εσωτερικό των δειγμάτων, γεγονός που παρέχει μεγάλη ευκολία στη διερεύνηση των μικροσκοπικών μηχανισμών της βλάβης από την ακτινοβολία στα υλικά.
Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο υψηλής ανάλυσης (HREM) Η αύξηση της τάσης επιτάχυνσης μειώνει το μήκος κύματος των ηλεκτρονίων και βελτιώνει την ισχύ ανάλυσης. Περιορισμένα από τεχνικές δυσκολίες, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια υπερυψηλής τάσης πριν από τη δεκαετία του 1970 στόχευαν κυρίως στην αύξηση της διείσδυσης. Οι τεχνικές ανακαλύψεις από τα τέλη της δεκαετίας του 1970 έως τις αρχές της δεκαετίας του 1980 έφεραν στο εμπόριο μικροσκόπια υψηλής ευκρίνειας 200 kV και 300 kV, συν έναν μικρό αριθμό οργάνων HREM 500 kV, 600 kV και 1000 kV. Η ανάλυσή τους φτάνει περίπου τα 2 Å και αναμένεται να επιτευχθεί σύντομα 1,5 Å. Τα βιολογικά μόρια είναι εξαιρετικά ευαίσθητα σε βλάβες από την ακτινοβολία, επομένως το HREM χρησιμοποιείται επί του παρόντος κυρίως για την παρατήρηση ατομικών διατάξεων σε ανόργανα υλικά.
Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) Χρησιμοποιείται κυρίως για την άμεση παρατήρηση της επιφανειακής μορφολογίας στερεών δειγμάτων, σύμφωνα με την αρχή που απεικονίζεται στο σχηματικό διάγραμμα του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (Εικόνα 2). Ένας ηλεκτρονικός φακός εστιάζει πρώτα τη δέσμη ηλεκτρονίων σε ένα σημείο δεκάδων angstroms. Ένα σύστημα εκτροπής σαρώνει τη δέσμη ηλεκτρονίων σε όλη την επιφάνεια του δείγματος σε μοτίβο ράστερ. Όπου η δέσμη ηλεκτρονίων χτυπά το δείγμα, εκπέμπονται δευτερεύοντα ηλεκτρόνια. Ένας ανιχνευτής συλλέγει αυτά τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια για να σχηματίσει ένα σήμα που διαμορφώνει τη φωτεινότητα ενός σωλήνος οθόνης που σαρώνεται συγχρονισμένα για το σχηματισμό εικόνας. Οι επιφανειακές ανωμαλίες αναγκάζουν ορισμένες τοπικές περιοχές να κοιτάζουν προς τον ανιχνευτή δευτερεύοντος ηλεκτρονίου ενώ άλλες κοιτάζουν μακριά. Οι περιοχές που είναι προσανατολισμένες προς τον ανιχνευτή συλλέγουν περισσότερα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια και φαίνονται φωτεινότερες, ενώ οι άλλες εμφανίζονται πιο σκοτεινές, σχηματίζοντας εικόνες με αντίθεση και έντονη στερεοσκοπική αντίληψη. Η μεγέθυνση ισούται με την αναλογία του εύρους σάρωσης στο σωλήνα οθόνης προς το εύρος σάρωσης της δέσμης ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος. Η ανάλυση ενός SEM είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από τη διάμετρο της κηλίδας του ανιχνευτή ηλεκτρονίων. Τα σύγχρονα SEM μπορούν να επιτύχουν ανάλυση έως και 60 Å.
Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης σάρωσης (STEM) Ο τρόπος απεικόνισης του μοιάζει με αυτό ενός SEM, αλλά ανιχνεύει μεταδιδόμενα ηλεκτρόνια (συμπεριλαμβανομένων ορισμένων σκεδαζόμενων ηλεκτρονίων χαμηλής γωνίας) αντί για δευτερεύοντα ηλεκτρόνια. Το δείγμα πρέπει επίσης να είναι ένα εξαιρετικά λεπτό φιλμ. Η ανάλυση ενός STEM είναι συγκρίσιμη με τη διάμετρο του ανιχνευτή ηλεκτρονίων του. Τα ειδικά όργανα STEM υιοθετούν πυροβόλα ηλεκτρονίων εκπομπής πεδίου υψηλής φωτεινότητας, τα οποία απαιτούν εξαιρετικά υψηλό κενό 10-10 torr και μπορούν να φτάσουν σε ανάλυση 3 Å. Τέτοια STEM έχουν χρησιμοποιηθεί για την απεικόνιση μεμονωμένων βαρέων ατόμων σε φιλμ υποστήριξης ελαφρού στοιχείου. Ιδιαίτερα πολύτιμος για πρακτική εργασία, ο λεπτός ανιχνευτής ηλεκτρονίων του επιτρέπει την κρυσταλλογραφική ανάλυση (μέσω περίθλασης ηλεκτρονίων) και ανάλυση σύνθεσης (μέσω χαρακτηριστικών ακτίνων Χ που διεγείρονται από τη δέσμη ηλεκτρονίων ή τη φασματοσκοπία απώλειας ενέργειας ηλεκτρονίων) σε μικροσκοπικές μικροπεριοχές αρκετών δεκάδων angstroms. Τα εμπορικά συστήματα TEM μπορούν να εξοπλιστούν με εξαρτήματα STEM. Χωρίς πιστόλι εκπομπής πεδίου υψηλής φωτεινότητας, ωστόσο, ο ανιχνευτής μπορεί να εστιαστεί μόνο σε δεκάδες angstroms, υποστηρίζοντας δομική ανάλυση και ανάλυση σύνθεσης σε ένα εύρος περίπου 100 Å. Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ικανό να πραγματοποιεί τέτοιες εντοπισμένες αναλυτικές μετρήσεις ενώ λαμβάνει μικροσκοπικές εικόνες είναι γνωστό ως αναλυτικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
