Ưu điểm của kính hiển vi điện tử so với kính hiển vi quang học
Kính hiển vi điện tử là một thiết bị sử dụng chùm tia điện tử và thấu kính điện tử thay vì chùm ánh sáng và thấu kính quang học dựa trên nguyên lý quang học điện tử để chụp ảnh cấu trúc mịn của vật chất ở độ phóng đại rất cao.
Khả năng phân giải của kính hiển vi điện tử được biểu thị bằng khoảng cách nhỏ giữa hai điểm liền kề mà nó có thể phân giải. Vào những năm 1970, độ phân giải của kính hiển vi điện tử truyền qua là khoảng 0,3 nanomet (khả năng phân giải của mắt người là khoảng 0,1 mm). Ngày nay, độ phóng đại tối đa của kính hiển vi điện tử vượt quá 3 triệu lần, trong khi độ phóng đại tối đa của kính hiển vi quang học là khoảng 2,000 lần. Do đó, các nguyên tử của một số kim loại nặng nhất định và mạng nguyên tử được sắp xếp gọn gàng trong tinh thể có thể được quan sát trực tiếp qua kính hiển vi điện tử.
Mặc dù khả năng phân giải của kính hiển vi điện tử tốt hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, nhưng kính hiển vi điện tử cần hoạt động trong điều kiện chân không nên khó quan sát sinh vật sống và việc chiếu xạ chùm tia điện tử cũng có thể gây tổn hại bức xạ cho các mẫu sinh học. Các vấn đề khác như cải thiện độ sáng của súng điện tử và chất lượng của thấu kính điện tử cũng cần được tiếp tục nghiên cứu.
Khả năng phân giải là một chỉ số quan trọng của kính hiển vi điện tử, nó liên quan đến góc hình nón tới và bước sóng của chùm tia điện tử truyền qua mẫu. Bước sóng của ánh sáng khả kiến là khoảng 300 đến 700 nanomet và bước sóng của chùm tia điện tử có liên quan đến điện áp gia tốc. Khi điện áp gia tốc là 50 đến 100 kilovolt, bước sóng của chùm tia điện tử xấp xỉ 0,0053 đến 0,0037 nanomet. Vì bước sóng của chùm tia điện tử nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng khả kiến nên ngay cả khi góc hình nón của chùm tia điện tử chỉ bằng 1% so với góc nón của kính hiển vi quang học thì khả năng phân giải của kính hiển vi điện tử vẫn vượt trội hơn rất nhiều. của kính hiển vi quang học.
Kính hiển vi điện tử bao gồm ba phần: ống thấu kính, hệ thống chân không và tủ điện. Nòng ống kính chủ yếu bao gồm các bộ phận như súng điện tử, thấu kính điện tử, giá đỡ mẫu, màn hình huỳnh quang và cơ chế máy ảnh. Các bộ phận này thường được lắp ráp thành hình trụ từ trên xuống dưới; hệ thống chân không bao gồm bơm chân không cơ học, bơm khuếch tán, van chân không, v.v. và được bơm qua Đường ống dẫn khí được nối với ống thấu kính; tủ điện bao gồm một máy phát điện áp cao, bộ ổn định dòng kích thích và các bộ điều khiển điều chỉnh khác nhau.
Thấu kính điện tử là một thành phần quan trọng của thùng kính hiển vi điện tử. Nó sử dụng điện trường hoặc từ trường không gian đối xứng với trục của thùng để bẻ cong quỹ đạo của electron về phía trục tạo thành tiêu điểm. Chức năng của nó tương tự như thấu kính lồi thủy tinh để hội tụ chùm tia nên được gọi là thấu kính điện tử. . Hầu hết các kính hiển vi điện tử hiện đại đều sử dụng thấu kính điện từ. Từ trường mạnh được tạo ra bởi dòng điện kích thích DC rất ổn định đi qua một cuộn dây có giày cực tập trung các electron.
Súng điện tử là một bộ phận bao gồm cực âm nóng dây tóc vonfram, lưới điện và cực âm. Nó có thể phát ra và tạo thành các chùm tia điện tử với tốc độ đồng đều nên độ ổn định của điện áp gia tốc yêu cầu không nhỏ hơn một phần mười nghìn.
Kính hiển vi điện tử có thể được chia thành kính hiển vi điện tử truyền qua, kính hiển vi điện tử quét, kính hiển vi điện tử phản xạ và kính hiển vi điện tử phát xạ theo cấu trúc và công dụng của chúng. Kính hiển vi điện tử truyền qua thường được sử dụng để quan sát các cấu trúc vật chất cực nhỏ mà kính hiển vi thông thường không thể phân biệt được; kính hiển vi điện tử quét chủ yếu được sử dụng để quan sát hình thái của bề mặt rắn và cũng có thể kết hợp với máy đo nhiễu xạ tia X hoặc máy quang phổ năng lượng điện tử để tạo thành máy dò điện tử. Microprobe được sử dụng để phân tích thành phần vật liệu; kính hiển vi điện tử phát xạ được sử dụng để nghiên cứu bề mặt điện tử tự phát xạ.
