Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của kính hiển vi điện tử truyền qua

Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của kính hiển vi điện tử truyền qua

Kính hiển vi điện tử truyền qua (viết tắt là TEM) có thể nhìn thấy các cấu trúc tinh tế nhỏ hơn {{0}}.2um mà không thể nhìn thấy rõ ràng dưới kính hiển vi quang học. Những cấu trúc này được gọi là siêu cấu trúc hoặc siêu cấu trúc. Để nhìn rõ các cấu trúc này, cần chọn nguồn sáng có bước sóng ngắn hơn để cải thiện độ phân giải của kính hiển vi. Ruska đã phát minh ra kính hiển vi điện tử truyền qua với chùm tia điện tử làm nguồn sáng vào năm 1932. Bước sóng của chùm tia điện tử ngắn hơn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím, đồng thời bước sóng của chùm tia điện tử tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của điện áp của chùm electron phát ra, nghĩa là điện áp càng cao thì bước sóng càng ngắn. Hiện tại, độ phân giải của TEM có thể đạt tới 0,2nm.

Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua là chùm tia điện tử phát ra từ súng điện tử đi qua thiết bị ngưng tụ dọc theo trục quang của thân gương trong kênh chân không, sau đó hội tụ thành một điểm sáng sắc nét, sáng và đồng đều qua tụ điện chiếu sáng mẫu trong phòng mẫu; Chùm tia điện tử đi qua mẫu mang thông tin cấu trúc bên trong mẫu, với ít electron đi qua vùng dày đặc hơn và nhiều electron đi qua vùng thưa thớt hơn; Sau khi lấy nét và phóng đại chính của vật kính, chùm tia điện tử đi vào thấu kính trung gian và gương chiếu thứ nhất và thứ hai ở mức thấp hơn để chụp ảnh phóng đại toàn diện. Hình ảnh điện tử khuếch đại cuối cùng được chiếu lên tấm màn hình huỳnh quang trong phòng quan sát; Màn hình huỳnh quang chuyển đổi hình ảnh điện tử thành hình ảnh ánh sáng khả kiến ​​để người dùng quan sát. Phần này sẽ giới thiệu các cấu trúc và nguyên tắc chính của từng hệ thống riêng biệt.

Nguyên lý hình ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua

Nguyên lý hình ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua có thể được chia thành ba trường hợp:

1. Ảnh hấp thụ: Khi các electron được phát ra trên các mẫu có khối lượng và mật độ cao thì sự hình thành pha chính là tán xạ. Những vùng có khối lượng và độ dày lớn trên mẫu có góc tán xạ electron lớn hơn, ít electron đi qua hơn và độ sáng của ảnh tối hơn. Kính hiển vi điện tử truyền qua ban đầu dựa trên nguyên tắc này.

2. Ảnh nhiễu xạ: sau khi chùm electron bị nhiễu xạ bởi mẫu, sự phân bố biên độ của sóng nhiễu xạ tại các vị trí khác nhau của mẫu tương ứng với khả năng nhiễu xạ khác nhau của từng phần tinh thể trong mẫu. Khi xuất hiện khuyết tật tinh thể, khả năng nhiễu xạ của phần khuyết tật khác với toàn bộ khu vực, do đó sự phân bố biên độ của sóng nhiễu xạ không đồng đều, phản ánh sự phân bố của khuyết tật tinh thể.

3. Ảnh pha: Khi mẫu mỏng hơn 100 Å, các electron có thể đi qua mẫu và có thể bỏ qua sự thay đổi biên độ của sóng. Hình ảnh đến từ sự thay đổi trong giai đoạn.

Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua

Kính hiển vi điện tử truyền qua được sử dụng rộng rãi trong khoa học vật liệu và sinh học. Do các electron dễ bị tán xạ hoặc hấp thụ bởi các vật thể nên lực xuyên thấu thấp và mật độ, độ dày và các yếu tố khác của mẫu có thể ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh cuối cùng. Vì vậy, cần phải chuẩn bị các lát siêu mỏng mỏng hơn, thường là 50-100nm. Do đó, các mẫu được quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua cần được xử lý rất mỏng. Các phương pháp thường được sử dụng bao gồm: phương pháp cắt siêu mỏng, phương pháp cắt siêu mỏng đông lạnh, phương pháp ăn mòn đông lạnh, phương pháp gãy đông lạnh, v.v. Đối với các mẫu chất lỏng, người ta thường quan sát bằng cách treo lưới dây đồng đã qua xử lý trước.