Xu hướng phát triển của kính hiển vi điện tử thế hệ mới
1. Kính hiển vi điện tử súng phát xạ trường hiệu suất cao ngày càng được ưa chuộng và ứng dụng. Kính hiển vi điện tử truyền qua súng phát xạ trường có thể cung cấp nguồn ánh sáng điện tử có độ sáng cao và độ kết hợp cao. Do đó, sự sắp xếp nguyên tử và các loại vật liệu có thể được phân tích toàn diện trên quy mô nanomet nguyên tử. Vào giữa những năm-1990, chỉ có vài chục chiếc ở Đài Loan; bây giờ nó đã tăng lên hàng ngàn. Hiện tại, có hơn một trăm kính hiển vi điện tử truyền qua súng phát xạ trường ở nước ta. Kính hiển vi điện tử quét súng dây tóc vonfram nóng thông thường (electron) thông thường chỉ có thể đạt độ phân giải cao nhất là 3.0nm; kính hiển vi điện tử quét súng phát xạ trường thế hệ mới có thể có độ phân giải tốt hơn 1.0nm; Độ phân giải cao tới 0.5nm-0.4nm. Trong số đó, kính hiển vi điện tử quét môi trường có thể đạt được: điều kiện "môi trường" thực, các mẫu có thể được quan sát trong điều kiện độ ẩm 100 phần trăm; mẫu sinh học và mẫu không dẫn điện không cần phủ, có thể trực tiếp trên máy để quan sát và phân tích động; Ba công dụng của máy". Ba chế độ làm việc của chân không cao, chân không thấp và "môi trường xung quanh".
2. Cần nỗ lực phát triển thế hệ máy đơn sắc và bộ hiệu chỉnh quang sai hình cầu mới để cải thiện hơn nữa độ phân giải của kính hiển vi điện tử. Hệ số quang sai hình cầu: hệ số quang sai hình cầu Cs của kính hiển vi điện tử truyền qua thông thường là khoảng mm; hệ số quang sai hình cầu của kính hiển vi điện tử truyền qua hiện tại đã được giảm xuống Cs<0.05mm. Chromatic aberration coefficient: the chromatic aberration coefficient of the conventional transmission electron microscope is about 0.7; The chromatic aberration coefficient of the TEM has been reduced to 0.1. Field emission transmission electron microscopy, STEM technology, and energy filtering electron microscopy have become analytical means and tools for material science research, and even biomedicine. The spherical aberration corrector of the objective lens improves the resolution of the field emission transmission electron microscope to the information resolution. That is, it improves from 0.19nm to 0.12nm or even less than 0.1nm. Using a monochromator, the energy resolution will be less than 0.1eV. But the beam current of the monochromator is only about one tenth of that without a monochromator. Therefore, while using a monochromator , but also to consider the reduction of the beam current of the monochromator. While the spherical aberration corrector of the condenser improves the resolution of STEM to less than 0.1nm, the spherical aberration corrector of the condenser increases the beam current by at least 10 times, which is very beneficial to improve the spatial resolution. While correcting the spherical aberration, the chromatic aberration increases by about 30%. Therefore, while correcting the spherical aberration, the chromatic aberration should also be considered.
3. Phân tích kính hiển vi điện tử đang tiến tới tin học hóa và kết nối mạng. Về dụng cụ và thiết bị, hệ điều hành hiện tại của kính hiển vi điện tử quét đã sử dụng giao diện vận hành hoàn toàn mới. Người dùng chỉ cần nhấn chuột để nhận ra sự điều khiển của ống kính hiển vi điện tử và các bộ phận điện, cũng như bộ nhớ tự động và điều chỉnh các thông số khác nhau. Giữa các vùng khác nhau, các thao tác như di chuyển mẫu, thay đổi chế độ hình ảnh và điều chỉnh các thông số của kính hiển vi điện tử có thể được thực hiện thông qua hệ thống mạng. Để nhận ra điều khiển từ xa của kính hiển vi điện tử.
4. Ứng dụng quan trọng của kính hiển vi điện tử trong nghiên cứu vật liệu nano. Vì độ chính xác phân tích của kính hiển vi điện tử gần với quy mô nguyên tử, nên sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua súng phát xạ trường và chùm tia điện tử có đường kính 0.13nm không chỉ có thể thu thập hình ảnh tương phản Z của một nguyên tử, nhưng cũng thu thập năng lượng điện tử của một phổ mất nguyên tử. Tức là kính hiển vi điện tử có thể đồng thời thu được thông tin cấu trúc nguyên tử và điện tử của vật liệu ở cấp độ nguyên tử. Quan sát hình ảnh nguyên tử riêng lẻ trong các mẫu luôn là mục tiêu theo đuổi lâu dài của cộng đồng khoa học. Đường kính của một nguyên tử là khoảng 2-3mm tính bằng 10 phần triệu. Do đó, để phân biệt vị trí của từng nguyên tử, cần có kính hiển vi điện tử có độ phân giải khoảng 0.1nm và nó phải được phóng đại khoảng 10 triệu lần. Người ta dự đoán rằng khi quy mô của vật liệu được giảm xuống cấp độ nano, các tính chất quang học, điện và các tính chất vật lý và cơ học khác của vật liệu có thể là duy nhất. Do đó, việc điều chế các vật liệu nano như hạt nano, ống nano và dây nano cũng như nghiên cứu về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của chúng đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu được mọi người chú ý. Sử dụng kính hiển vi điện tử, thường là trên kính hiển vi điện tử truyền qua có súng phát xạ trường chân không cực cao trên 200KV, có thể quan sát được hình ảnh kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao của các pha nano và dây nano, các mẫu nhiễu xạ điện tử và phổ tổn thất năng lượng điện tử của vật liệu nano. Ví dụ, các ống nano carbon có đường kính trong 0,4nm, thanh nano Si-CN và dây nano bán dẫn Si pha tạp Li đã được quan sát trên kính hiển vi điện tử. Trong lĩnh vực y sinh, công nghệ nano keo vàng, viên nang chăm sóc sức khỏe nano selen, cấu trúc bào quan ở cấp độ nano và robot nano có thể nhỏ như vi khuẩn, theo dõi nồng độ máu trong mạch máu và loại bỏ cục máu đông trong máu. tàu có thể nói là tất cả các nghiên cứu. Không thể tách rời kính hiển vi điện tử công cụ. Tóm lại: SEM và TEM ngày càng trở nên quan trọng hơn trong khoa học vật liệu, đặc biệt là công nghệ nano. Sự cải thiện về độ ổn định và khả năng hoạt động khiến kính hiển vi điện tử không còn là công cụ được sử dụng bởi một số chuyên gia mà trở thành một công cụ phổ biến; độ phân giải cao hơn vẫn là hướng quan trọng nhất cho sự phát triển của kính hiển vi điện tử; ứng dụng của kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi điện tử truyền qua đã thay đổi từ mô tả đặc tính và phân tích đã phát triển sang thí nghiệm tại chỗ và xử lý nano-nhìn thấy được; Chùm ion hội tụ (FIB) ngày càng được sử dụng nhiều trong nghiên cứu khoa học về vật liệu nano; Công cụ mạnh mẽ nhất để tạo mẫu nano; mục tiêu của STEM hiệu chỉnh (Titan): Đặc tính cấu trúc 3D ở độ phân giải 0,5Å vào năm 2008.
5. Kính hiển vi điện tử lạnh và công nghệ tái tạo ba chiều là những điểm nóng nghiên cứu hiện nay trong kính hiển vi điện tử sinh học. Công nghệ kính hiển vi điện tử lạnh và công nghệ tái tạo ba chiều là những điểm nóng nghiên cứu hiện nay trong kính hiển vi điện tử sinh học. Nó chủ yếu thảo luận về việc sử dụng kính hiển vi điện tử lạnh (cũng bao gồm ứng dụng kính hiển vi điện tử lạnh trên giai đoạn lạnh helium lỏng) và công nghệ tái tạo hình ảnh ba chiều của máy tính để xác định cấu trúc ba chiều sinh học của các đại phân tử và phức hợp của chúng. Chẳng hạn như việc sử dụng kính hiển vi điện tử lạnh để xác định cấu trúc ba chiều của virus và sự phát triển của các tinh thể protein màng hai chiều trên màng lipid đơn lớp và quan sát và phân tích kính hiển vi điện tử của chúng. Sinh học cấu trúc ngày nay đã thu hút sự chú ý cao của mọi người, bởi vì nhìn thế giới sinh học từ quan điểm hệ thống, nó có các cấu trúc thứ bậc khác nhau: cá thể ® cơ quan ® mô ® tế bào ® phân tử sinh học. Mặc dù các phân tử sinh học ở mức thấp nhất, nhưng chúng xác định sự khác biệt giữa các hệ thống cấp cao. Cấu trúc ba chiều xác định chức năng. Cấu trúc là cơ sở của ứng dụng: thiết kế thuốc, biến đổi gen, nghiên cứu và phát triển vắc-xin, xây dựng protein nhân tạo, v.v. Một số người dự đoán rằng những đột phá trong sinh học cấu trúc sẽ mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho sinh học. Kính hiển vi điện tử là một trong những phương tiện quan trọng để xác định cấu trúc. Ưu điểm của kính hiển vi điện tử nhiệt độ thấp là: mẫu ở trạng thái chứa nước và các phân tử ở trạng thái tự nhiên; do mẫu bị bức xạ làm hỏng nên phải dùng kỹ thuật liều thấp để quan sát; nhiệt độ quan sát thấp, giúp tăng khả năng chống bức xạ của mẫu; Các mẫu có thể được đông lạnh ở các trạng thái khác nhau để quan sát sự thay đổi cấu trúc phân tử. Thông qua các kỹ thuật này, kết quả quan sát và phân tích của các mẫu sinh học khác nhau gần với trạng thái thực hơn.
6. Camera CCD hiệu suất cao ngày càng trở nên phổ biến. Ưu điểm của CCD được sử dụng trong kính hiển vi điện tử là độ nhạy cao, độ ồn thấp và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao. Dưới cùng một pixel, hình ảnh CCD thường có độ trong suốt và độ sắc nét tốt, đồng thời tái tạo màu sắc và độ phơi sáng có thể được đảm bảo về cơ bản là chính xác. Độ phân giải hình ảnh/độ phân giải của camera là bao nhiêu pixel mà chúng ta thường nói. Trong các ứng dụng thực tế, camera có Pixel càng cao thì chất lượng hình ảnh chụp được càng tốt. Đối với cùng một bức ảnh, pixel càng cao thì khả năng phân tích ảnh càng mạnh nhưng lượng dữ liệu mà nó ghi lại sẽ càng lớn nên yêu cầu về thiết bị lưu trữ cũng cao hơn. Trong lĩnh vực TEM ngày nay, các sản phẩm mới được phát triển hoàn toàn được điều khiển bằng máy tính và việc thu thập hình ảnh được hoàn thành bằng máy ảnh CCD độ phân giải cao thay vì phim ảnh. Xu hướng công nghệ số đang thúc đẩy cuộc cách mạng ứng dụng TEM và thậm chí cả công việc của phòng thí nghiệm từ mọi khía cạnh. Đặc biệt là về phần mềm xử lý ảnh, nhiều điều trước đây được coi là không thể đang trở thành hiện thực.
