Nguyên tắc của hình ảnh kính hiển vi
Kính hiển vi điện tử bao gồm ba phần: thùng thấu kính, hệ thống chân không và tủ cung cấp 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. Các cấu kiện này thường được ghép thành một cột từ trên xuống dưới; hệ thống chân không bao gồm máy bơm chân không cơ học, máy bơm khuếch tán và van chân không. Đường ống dẫn khí được kết nối với ống kính; tủ nguồn 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 bộ phận quan trọng nhất của nòng kính hiển vi điện tử. Nó sử dụng một điện trường không gian hoặc từ trường đối xứng với trục của vành thấu kính để bẻ cong vệt điện tử theo trục để tạo thành tiêu điểm. Chức năng của nó tương tự như chức năng của một thấu kính lồi thủy tinh để hội tụ chùm tia, vì vậy nó được gọi là thấu kính điện tử. Hầu hết các kính hiển vi điện tử hiện đại đều sử dụng thấu kính điện từ, tập trung các electron thông qua một từ trường mạnh được tạo ra bởi dòng kích thích một chiều rất ổn định đi qua một cuộn dây có đế giày.
Súng điện tử là một thành phần bao gồm cực âm nóng bằng dây tóc vonfram, lưới và cực âm. Nó có thể phát ra và tạo thành chùm tia điện tử với tốc độ đồng đều, do đó độ ổn định của điện áp gia tốc được yêu cầu không nhỏ hơn một phần mười.
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 mịn mà kính hiển vi thông thường không thể phân giải 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 được kết hợp với máy đo nhiễu xạ tia X hoặc máy quang phổ năng lượng điện tử để tạo thành Microprobe điện tử để phân tích thành phần vật liệu; kính hiển vi điện tử phát xạ để nghiên cứu các bề mặt điện tử tự phát xạ.
Kính hiển vi điện tử truyền qua được đặt tên sau khi chùm điện tử xuyên qua mẫu và sau đó phóng to hình ảnh bằng thấu kính điện tử. Đường quang học của nó tương tự như đường đi của kính hiển vi quang học. Trong loại kính hiển vi điện tử này, độ tương phản trong chi tiết hình ảnh được tạo ra do sự tán xạ của chùm tia điện tử bởi các nguyên tử của mẫu. Phần mỏng hơn hoặc có mật độ thấp hơn của mẫu có ít tia điện tử tán xạ hơn, do đó có nhiều điện tử đi qua màng chắn vật kính và tham gia vào quá trình tạo ảnh, đồng thời xuất hiện sáng hơn trong ảnh. Ngược lại, các phần dày hơn hoặc đặc hơn của mẫu sẽ xuất hiện tối hơn trong ảnh. Nếu mẫu quá dày hoặc quá đậm đặc, độ tương phản của hình ảnh sẽ kém đi, thậm chí bị hư hỏng hoặc bị phá hủy do hấp thụ năng lượng của chùm tia điện tử.
Đỉnh của cột kính hiển vi điện tử truyền qua là súng điện tử, các điện tử được phát ra từ cực âm nóng vonfram và chùm điện tử được hội tụ bởi hai gương ngưng tụ. Sau khi đi qua mẫu, chùm tia điện tử được chụp trên gương trung gian bằng vật kính, sau đó được phóng to từng bước qua gương trung gian và gương chiếu, sau đó được chụp trên màn huỳnh quang hoặc tấm quang hợp.
Độ phóng đại của gương trung gian có thể liên tục thay đổi từ hàng chục lần đến hàng trăm nghìn lần chủ yếu thông qua việc điều chỉnh dòng 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 các phần cực nhỏ của cùng một mẫu. Để nghiên cứu các mẫu lát kim loại dày hơn, Phòng thí nghiệm Quang học Điện tử Dulos của Pháp đã phát triển một kính hiển vi điện tử điện áp cực cao với điện áp gia tốc 3500 kV. Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét
Chùm điện tử của kính hiển vi điện tử quét không đi qua mẫu mà chỉ quét và kích thích các điện tử thứ cấp trên bề mặt mẫu. Tinh thể nhấp nháy đặt bên cạnh mẫu sẽ nhận các electron thứ cấp này, khuếch đại và điều chỉnh cường độ chùm tia điện tử của ống hình ảnh, do đó làm thay đổi độ sáng trên màn hình của ống hình ảnh. Cuộn dây lệch của ống hình ảnh tiếp tục quét đồng bộ với chùm tia điện tử trên bề mặt mẫu, do đó màn hình huỳnh quang của ống hình ảnh hiển thị hình ảnh địa hình của bề mặt mẫu, tương tự như nguyên lý hoạt động của TV công nghiệp .
Độ phân giải của kính hiển vi điện tử quét chủ yếu được xác định bởi đường kính của chùm tia điện tử trên bề mặt mẫu. Độ phóng đại là tỷ lệ giữa biên độ quét trên ống hình ảnh với biên độ quét trên mẫu, có thể thay đổi liên tục từ hàng chục lần đến hàng trăm nghìn lần. Kính hiển vi điện tử quét không cần mẫu quá mỏng; hình ảnh có hiệu ứng ba chiều mạnh mẽ; nó có thể sử dụng thông tin như điện tử thứ cấp, điện tử bị hấp thụ và tia X được tạo ra bởi sự tương tác giữa các chùm điện tử và các chất để phân tích thành phần của các chất.
Súng điện tử và thấu kính ngưng tụ của kính hiển vi điện tử quét gần giống như kính hiển vi điện tử truyền qua, nhưng để làm cho chùm tia điện tử mỏng hơn, một thấu kính vật kính và bộ loạn thị được thêm vào dưới thấu kính tụ và hai bộ các tia quét vuông góc lẫn nhau được lắp bên trong vật kính. xôn xao. Buồng mẫu bên dưới vật kính được trang bị một bệ mẫu có thể di chuyển, xoay và nghiêng
