Εισαγωγή στην αρχή σύνθεσης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου
Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο αποτελείται από έναν κύλινδρο φακού, ένα σύστημα κενού και ένα θάλαμο ισχύος. Η κάννη του φακού αποτελείται κυρίως από όπλο ηλεκτρονίων, ηλεκτρονιακό φακό, θήκη δείγματος, φθορίζουσα οθόνη και μηχανισμό κάμερας, τα οποία συνήθως συναρμολογούνται σε μια στήλη από πάνω προς τα κάτω. Το σύστημα κενού αποτελείται από μια μηχανική αντλία κενού, μια αντλία διάχυσης και μια βαλβίδα κενού και συνδέεται με την κάννη του φακού μέσω ενός αγωγού εξαγωγής αέρα. Ο πίνακας ισχύος αποτελείται από γεννήτρια υψηλής τάσης, σταθεροποιητή ρεύματος διέγερσης και διάφορες μονάδες ελέγχου ρύθμισης.
Ο ηλεκτρονικός φακός είναι το πιο σημαντικό μέρος στον κύλινδρο φακού του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Χρησιμοποιεί ένα χωρικό ηλεκτρικό πεδίο ή μαγνητικό πεδίο συμμετρικό προς τον άξονα του κυλίνδρου του φακού για να κάμψει την τροχιά των ηλεκτρονίων προς τον άξονα για να σχηματίσει εστίαση, η οποία είναι παρόμοια με αυτή του γυάλινου κυρτού φακού για την εστίαση της δέσμης φωτός, έτσι ονομάζεται ηλεκτρονιακός φακός. Τα περισσότερα σύγχρονα ηλεκτρονικά μικροσκόπια χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικούς φακούς και το ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα πολύ σταθερό ρεύμα διέγερσης συνεχούς ρεύματος που περνά μέσα από ένα πηνίο με πόλους εστιάζει τα ηλεκτρόνια.
Ένα 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 μια δέσμη ηλεκτρονίων με ομοιόμορφη ταχύτητα, επομένως η σταθερότητα της τάσης επιτάχυνσης απαιτείται να είναι τουλάχιστον ένα δέκατο χιλιοστό.
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μπορεί να χωριστεί σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης, ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ανάκλασης και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εκπομπής σύμφωνα με τη δομή και τη χρήση. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM) χρησιμοποιείται συχνά για την παρατήρηση της λεπτής δομής του υλικού που δεν μπορεί να διακριθεί από το συνηθισμένο μικροσκόπιο. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) χρησιμοποιείται κυρίως για την παρατήρηση της μορφολογίας της στερεάς επιφάνειας και μπορεί επίσης να συνδυαστεί με περιθλασίμετρο ακτίνων Χ ή φασματόμετρο ενέργειας ηλεκτρονίων. Το ηλεκτρονικό μικρό σχηματίζεται από τη σκέδαση της δέσμης ηλεκτρονίων από τα άτομα του δείγματος. Στο λεπτό ή χαμηλής πυκνότητας τμήμα του δείγματος, η δέσμη ηλεκτρονίων διασκορπίζεται λιγότερο, επομένως περισσότερα ηλεκτρόνια περνούν από το αντικειμενικό διάφραγμα και συμμετέχουν στην απεικόνιση, γεγονός που τα κάνει να φαίνονται πιο φωτεινά στην εικόνα. Αντίθετα, το παχύτερο ή πυκνότερο τμήμα του δείγματος φαίνεται πιο σκούρο στην εικόνα. Εάν το δείγμα είναι πολύ παχύ ή πολύ πυκνό, η αντίθεση της εικόνας θα επιδεινωθεί και ακόμη και θα καταστραφεί ή θα καταστραφεί απορροφώντας την ενέργεια της δέσμης ηλεκτρονίων.
Η κορυφή της κάννης του φακού του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μετάδοσης είναι ένα όπλο ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται από την καυτή κάθοδο του νήματος βολφραμίου και εστιάζονται από τον πρώτο και τον δεύτερο φακό συμπυκνωτή. Αφού η δέσμη ηλεκτρονίων περάσει μέσα από το δείγμα, απεικονίζεται στο ενδιάμεσο κάτοπτρο από τον αντικειμενικό φακό και στη συνέχεια ενισχύεται βήμα προς βήμα από τον ενδιάμεσο καθρέφτη και τον καθρέφτη προβολής και απεικονίζεται στη φθορίζουσα οθόνη ή τη φωτογραφική πλάκα.
Η μεγέθυνση του ενδιάμεσου κατόπτρου μπορεί να αλλάζει συνεχώς από αρκετές δεκάδες φορές σε αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες φορές ρυθμίζοντας το ρεύμα διέγερσης. Με την αλλαγή της εστιακής απόστασης του ενδιάμεσου κατόπτρου, η ηλεκτρονική μικροσκοπική εικόνα και η εικόνα περίθλασης ηλεκτρονίων μπορούν να ληφθούν στο μικροσκοπικό τμήμα του ίδιου δείγματος. Προκειμένου να μελετηθούν τα δείγματα παχύρρευστης φέτας μετάλλου, αναπτύχθηκε από το Electron Optics Laboratory στο Dulos της Γαλλίας ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εξαιρετικά υψηλής τάσης με επιταχυνόμενη τάση 3500 kV.
Η δέσμη ηλεκτρονίων του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης δεν περνά μέσα από το δείγμα, αλλά σαρώνει μόνο στην επιφάνεια του δείγματος για να διεγείρει δευτερεύοντα ηλεκτρόνια. Ο κρύσταλλος σπινθηρισμού που τοποθετείται δίπλα στο δείγμα δέχεται αυτά τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια και ρυθμίζει την ένταση της δέσμης ηλεκτρονίων του σωλήνα εικόνας μετά την ενίσχυση, αλλάζοντας έτσι τη φωτεινότητα στην οθόνη του σωλήνα εικόνας. Το πηνίο εκτροπής του σωλήνα εικόνας διατηρεί τη σύγχρονη σάρωση με τη δέσμη ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος, έτσι ώστε η φθορίζουσα οθόνη του σωλήνα εικόνας να δείχνει τη μορφολογική εικόνα της επιφάνειας του δείγματος, η οποία είναι παρόμοια με την αρχή λειτουργίας των βιομηχανικών τηλεοράσεων.
Η ανάλυση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης εξαρτάται κυρίως από τη διάμετρο της δέσμης ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος. Η μεγέθυνση είναι η αναλογία του πλάτους σάρωσης στο σωλήνα εικόνας προς το πλάτος σάρωσης στο δείγμα, η οποία μπορεί να αλλάζει συνεχώς από δεκάδες σε εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης δεν χρειάζεται πολύ λεπτά δείγματα. Η εικόνα έχει μια ισχυρή τρισδιάστατη αίσθηση. Η σύνθεση της ουσίας μπορεί να αναλυθεί χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες των δευτερευόντων ηλεκτρονίων, των απορροφημένων ηλεκτρονίων και των ακτίνων Χ που παράγονται από την αλληλεπίδραση μεταξύ της δέσμης ηλεκτρονίων και της ουσίας.
Το ηλεκτρονικό πιστόλι και ο συμπυκνωτής του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης είναι σχεδόν τα ίδια με αυτά του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μετάδοσης, αλλά για να γίνει η δέσμη ηλεκτρονίων πιο λεπτή, ένας αντικειμενικός φακός και ένας αστιγματικός διαχύτης προστίθενται κάτω από τον συμπυκνωτή και δύο σετ σάρωσης Στον αντικειμενικό φακό τοποθετούνται επίσης πηνία κάθετα μεταξύ τους. Ένας πίνακας δειγμάτων που μπορεί να κινείται, να περιστρέφεται και να γέρνει εγκαθίσταται στον θάλαμο δειγμάτων κάτω από τον αντικειμενικό φακό.
