Giới thiệu nguyên lý cấu tạo của kính hiển vi điện tử
Kính hiển vi điện tử bao gồm ống kính, hệ thống chân không và tủ điện. Nòng ống kính chủ yếu bao gồm súng điện tử, thấu kính điện tử, giá đỡ mẫu, màn hình huỳnh quang và cơ chế máy ảnh, thường được lắp ráp thành một cột từ trên xuống dưới; Hệ thống chân không bao gồm bơm chân không cơ học, bơm khuếch tán và van chân không, được kết nối với ống kính thông qua đường ống hút khí; Tủ điện bao gồm 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 bộ phận quan trọng nhất trong thân thấu kính của kính hiển vi điện tử. Nó sử dụng điện trường hoặc từ trường không gian đối xứng với trục của thấu kính để bẻ cong quỹ đạo của electron về trục để tạo thành tiêu điểm, tương tự như thấu kính lồi thủy tinh để hội tụ chùm sáng nên gọi là thấu kính điện tử. Hầu hết các kính hiển vi điện tử hiện đại đều sử dụng thấu kính điện từ và 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 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. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) thường được sử dụng để quan sát cấu trúc vật liệu mịn mà kính hiển vi thông thường không thể phân biệt được. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 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. Micro điện tử được hình thành do sự tán xạ chùm tia điện tử bởi các nguyên tử của mẫu. Ở phần mỏng hoặc mật độ thấp của mẫu, chùm electron tán xạ ít hơn, do đó có nhiều electron đi qua màng vật kính và tham gia vào quá trình tạo ảnh, khiến chúng có vẻ sáng hơn trong ảnh. Ngược lại, phần dày hơn hoặc đậm đặc hơn của mẫu sẽ có vẻ tối hơn trong ảnh. Nếu mẫu quá dày hoặc quá đặc, độ tương phản của hình ảnh sẽ kém đi, thậm chí bị hỏng hoặc bị phá hủy do hấp thụ năng lượng của chùm tia điện tử.
Phía trên nòng kính của kính hiển vi điện tử truyền qua là súng điện tử. Các electron được phát ra bởi cực âm nóng dây tóc vonfram và được hội tụ bởi thấu kính tụ quang thứ nhất và thứ hai. Sau khi chùm tia điện tử đi qua mẫu, nó được tạo ảnh trên gương trung gian bằng thấu kính vật kính, sau đó được khuếch đại từng bước bởi gương trung gian và gương chiếu, và chụp ảnh trên màn hình huỳnh quang hoặc tấm ảnh.
Độ phóng đại của gương trung gian có thể thay đổi liên tục từ vài chục lần đến vài trăm nghìn lần bằng cách điều chỉnh dòng điện kích thích. Bằng cách thay đổi tiêu cự của gương trung gian, có thể thu được ảnh hiển vi điện tử và ảnh nhiễu xạ điện tử trên phần nhỏ của cùng một mẫu. Để nghiên cứu các mẫu lát kim loại dày, kính hiển vi điện tử điện áp cực cao có điện áp gia tốc 3500 kV đã được Phòng thí nghiệm Quang học Điện tử ở Dulos, Pháp phát triển.
Chùm tia điện tử của kính hiển vi điện tử quét không đi qua mẫu mà chỉ quét trên bề mặt mẫu để kích thích các electron thứ cấp. Tinh thể nhấp nháy đặt cạnh mẫu sẽ nhận các electron thứ cấp này và điều chỉnh cường độ chùm tia điện tử của ống hình sau khi khuếch đại, do đó làm thay đổi độ sáng trên màn hình của ống hình. Cuộn dây lệch của ống hình giữ cho quá trình quét đồng bộ với chùm tia điện tử trên bề mặt mẫu, nhờ đó màn hình huỳnh quang của ống hình hiển thị hình ảnh hình thái của bề mặt mẫu, tương tự như nguyên lý làm việc của TV công nghiệp.
Độ phân giải của kính hiển vi điện tử quét chủ yếu phụ thuộc vào đường kính của chùm tia điện tử trên bề mặt mẫu. Độ phóng đại là tỷ lệ giữa biên độ quét trên ống hình với biên độ quét trên mẫu, có thể thay đổi liên tục từ hàng chục đến hàng trăm nghìn lần. Kính hiển vi điện tử quét không cần mẫu quá mỏng; Hình ảnh có cảm giác ba chiều mạnh mẽ; Thành phần của chất có thể được phân tích bằng cách sử dụng thông tin của các electron thứ cấp, các electron bị hấp thụ và tia X được tạo ra bởi sự tương tác giữa chùm tia điện tử và chất đó.
Súng điện tử và tụ điện của kính hiển vi điện tử quét gần giống như của kính hiển vi điện tử truyền qua, nhưng để làm cho chùm tia điện tử mỏng hơn, một thấu kính vật kính và bộ khuếch tán loạn thị được thêm vào dưới tụ điện và hai bộ quét các cuộn dây vuông góc với nhau cũng được lắp vào vật kính. Một bàn mẫu có thể di chuyển, xoay và nghiêng được lắp đặt trong buồng mẫu dưới vật kính.
