Các loại kính hiển vi điện tử
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 các vi đầu dò điện tử để phân tích thành phần vật liệu;
Kính hiển vi điện tử phát xạ được sử dụng để nghiên cứu các bề mặt điện tử tự phát xạ.
(1) Kính hiển vi điện tử truyền qua
Các thành phần của kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) bao gồm:
1. Súng điện tử: phát ra các điện tử, bao gồm cực âm, lưới điện và cực dương.
2. Thấu kính tụ điện: Là một thấu kính điện tử, tập trung chùm tia điện tử và có thể được sử dụng để kiểm soát cường độ chiếu sáng và góc khẩu độ.
3. Buồng mẫu: đặt mẫu cần quan sát, được trang bị bàn xoay để thay đổi góc của mẫu, cũng như được trang bị hệ thống sưởi, làm mát và các thiết bị khác.
4. Vật kính: Là thấu kính cự ly ngắn có độ phóng đại cao, chức năng của nó là phóng đại hình ảnh điện tử. Vật kính là chìa khóa để xác định khả năng phân giải và chất lượng hình ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua.
5. Gương trung gian: Là một thấu kính yếu có độ phóng đại thay đổi, chức năng của nó là phóng đại lại hình ảnh điện tử. Bằng cách điều chỉnh dòng điện của gương trung gian, hình ảnh hoặc mẫu nhiễu xạ điện tử của đối tượng có thể được chọn để khuếch đại.
6. Gương truyền: Là một thấu kính mạnh có độ phóng đại cao, dùng để phóng to thêm hình ảnh trung gian sau lần phóng đại thứ hai rồi tạo thành hình ảnh trên màn huỳnh quang.
7. Bơm chân không thứ cấp: hút chân không buồng chứa mẫu.
8. Thiết bị camera: dùng để ghi lại hình ảnh. Do các electron dễ tán xạ hoặc bị các vật thể hấp thụ nên khả năng xuyên thấu thấp, mật độ và độ dày của mẫu sẽ ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh cuối cùng. Các phần siêu mỏng mỏng hơn phải được chuẩn bị, thường là 50-100 nm.
Do đó, mẫu cần được xử lý thật mỏng khi quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua. Thường được chuẩn bị bằng cách cắt mỏng hoặc khắc đông lạnh:
(1) Phương pháp lát mỏng
Mẫu thường được cố định bằng axit osmic và glutaraldehyd, được nhúng bằng nhựa epoxy và được cắt bằng cách giãn nở nhiệt hoặc lực đẩy xoắn ốc. Độ dày lát cắt là 20-50 nm và được nhuộm bằng muối kim loại nặng để tăng độ tương phản.
(2) Phương pháp khắc đóng băng còn được gọi là phương pháp đóng băng
Sau khi mẫu vật được đông lạnh trong đá khô ở -100 độ hoặc nitơ lỏng ở độ -196 , mẫu vật nhanh chóng được cắt rời bằng dao lạnh. Sau khi mẫu vật bị nứt được làm nóng lên, băng thăng hoa ngay lập tức trong điều kiện chân không, để lộ cấu trúc bị nứt, được gọi là quá trình ăn mòn. Sau khi quá trình khắc hoàn tất, một lớp bạch kim bốc hơi được phun ở góc 45o so với mặt cắt và một lớp carbon được phun ở góc 90o để tăng cường độ tương phản và độ bền. Sau đó, mẫu được phân hủy bằng dung dịch natri hypochlorite, màng carbon và bạch kim được bóc ra, được gọi là màng phức hợp, có thể tiết lộ hình thái của bề mặt ăn mòn của mẫu vật. Hình ảnh thu được dưới kính hiển vi điện tử thể hiện cấu trúc ở bề mặt đứt gãy của tế bào trong mẫu vật.
(2) Kính hiển vi điện tử quét
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) ra đời vào những năm 1960 và hiện tại độ phân giải có thể đạt tới 6-10 nm.
Nguyên lý hoạt động của nó là chùm tia điện tử tập trung tinh xảo phát ra từ súng điện tử chiếu vào mẫu qua thấu kính tụ hai tầng, cuộn lệch hướng và thấu kính vật kính, quét bề mặt của mẫu và kích thích các điện tử thứ cấp. Lượng điện tử thứ cấp được tạo ra có liên quan đến góc tới của chùm điện tử, nghĩa là liên quan đến cấu trúc bề mặt của mẫu. Sau khi các điện tử thứ cấp được máy dò thu thập, chúng được chuyển đổi thành tín hiệu quang bằng bộ nhấp nháy, sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện bằng ống nhân quang và bộ khuếch đại để kiểm soát cường độ của chùm điện tử trên màn hình huỳnh quang và hiển thị hình ảnh quét đồng bộ với chùm tia điện tử. Hình ảnh là hình ảnh ba chiều, phản ánh cấu trúc bề mặt của mẫu vật.
Trước khi kiểm tra, các mẫu vật của kính hiển vi điện tử quét cần được cố định, khử nước và sau đó phun một lớp hạt kim loại nặng. Các kim loại nặng phát ra tín hiệu điện tử thứ cấp dưới sự bắn phá của chùm tia điện tử.
