Ưu điểm của kính hiển vi điện tử so với kính hiển vi quang học
Kính hiển vi điện tử là thiết bị sử dụng chùm tia điện tử và thấu kính điện tử thay cho chùm tia sáng và thấu kính quang học theo nguyên lý quang học điện tử, nhờ đó cấu trúc tinh tế của vật liệu được chụp ảnh dưới độ phóng đại rất cao.
Độ phân giải của kính hiển vi điện tử được biểu thị bằng khoảng cách nhỏ giữa hai điểm lân cận 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 (độ phân giải của mắt người là khoảng 0,1 mm). Ngày nay, độ phóng đại lớn của kính hiển vi điện tử là hơn 3 triệu lần, trong khi độ phóng đại lớn của kính hiển vi quang học là khoảng 2,{7}} lần nên kính hiển vi điện tử có thể quan sát trực tiếp các nguyên tử và tinh thể của một số kim loại nặng trong ma trận điểm nguyên tử được sắp xếp gọn gàng.
Năm 1931, Knorr và Ruska của Đức, với nguồn điện tử phóng điện cực âm lạnh và ba thấu kính điện tử, đã sửa đổi máy hiện sóng điện áp cao và thu được độ phóng đại hơn chục lần hình ảnh, xác nhận khả năng phóng đại hình ảnh của kính hiển vi điện tử. Năm 1932, sau sự cải tiến của Ruska, độ phân giải của kính hiển vi điện tử đạt tới 50 nanomet, gấp khoảng 10 lần độ phân giải của kính hiển vi quang học lúc bấy giờ, và nhờ đó kính hiển vi Điện tử bắt đầu nhận được sự quan tâm của mọi người.
Vào những năm 1940, Hill của Hoa Kỳ đã sử dụng bộ tán sắc để bù đắp cho sự bất đối xứng quay của thấu kính điện tử, nhờ đó khả năng phân giải của kính hiển vi điện tử có bước đột phá mới và dần đạt đến trình độ hiện đại. Ở Trung Quốc, năm 1958, sự phát triển thành công của kính hiển vi điện tử truyền qua, khả năng phân giải 3 nanomet, vào năm 1979 đã tạo nên khả năng phân giải 0,3 nanomet của kính hiển vi điện tử quy mô lớn.
Mặc dù độ phân giải của kính hiển vi điện tử đã tốt hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, nhưng kính hiển vi điện tử cần phải làm việc trong điều kiện chân không nên khó quan sát được các sinh vật sống và việc chiếu xạ chùm tia điện tử sẽ khiến các mẫu sinh học bị phân hủy. thiệt hại do bức xạ. Các vấn đề khác như độ sáng của súng điện tử và việc cải thiện chất lượng của thấu kính điện tử cũng cần 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 tới và bước sóng hình nón của chùm tia điện tử truyền qua mẫu. Bước sóng của ánh sáng khả kiến là khoảng {{0}} nm 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 kV, bước sóng của chùm tia điện tử là khoảng 0,0053 đến 0,0037 nm. Vì bước sóng của chùm tia điện tử nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng khả kiến nên dù góc nón của chùm tia điện tử chỉ bằng 1% so với kính hiển vi quang học nhưng độ phân giải của kính hiển vi điện tử vẫn tốt hơn nhiều so với kính hiển vi quang học. .
Kính hiển vi điện tử gồm 3 phần: ống gương, hệ thống chân không và tủ điện. Nòng súng chủ yếu có súng điện tử, thấu kính điện tử, giá đỡ mẫu, màn hình huỳnh quang và cơ chế camera và các bộ phận khác, các bộ phận này thường được lắp ráp từ trên xuống dưới thành một cột; hệ thống chân không bao gồm bơm chân không cơ học, bơm khuếch tán và van chân không, v.v., và thông qua đường ống bơm nối với thùng gương; Tủ cung cấp điện bao gồm một máy phát điện áp cao, bộ ổn định dòng kích thích và một loạt các bộ điều khiển điều tiết.
Thấu kính điện tử là một bộ phận quan trọng của thùng kính hiển vi điện tử, nó đối xứng với trục của thùng điện trường không gian hoặc từ trường để các electron theo dõi trục hình thành tiêu điểm đóng vai trò của kính lồi thấu kính làm cho vai trò của chùm ánh sáng hội tụ cũng tương tự như vai trò của thấu kính nên gọi là thấu kính điện tử. Hầu hết các kính hiển vi điện tử hiện đại đều sử dụng thấu kính điện từ, bằng dòng điện kích thích DC rất ổn định chạy qua cuộn dây có guốc cực được tạo ra bởi từ trường mạnh để tập trung các electron.
Súng điện tử là một bộ phận bao gồm cực âm nóng vonfram, cổng và cực âm. Nó phát ra và tạo thành chùm tia điện tử với vận tốc 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 những kính hiển vi thông thường không thể phân biệt được cấu trúc tinh tế của vật liệu; kính hiển vi điện tử quét chủ yếu được sử dụng để quan sát hình thái của bề mặt rắn, nhưng cũng được sử dụng với máy đo nhiễu xạ tia X hoặc máy quang phổ điện tử kết hợp để tạo thành đầu dò vi điện tử, được sử dụng để phân tích thành phần vật liệu; kính hiển vi điện tử phát xạ để nghiên cứu bề mặt tự phát xạ của điện tử.
