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電子顯微鏡

電子顯微鏡,簡(jiǎn)稱(chēng)電鏡,英文名Electron Microscope(簡(jiǎn)稱(chēng)EM),經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展已成為現代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的重要工具。電子顯微鏡由鏡筒、真空裝置和電源柜三部分組成。

電子顯微鏡技術(shù)的應用是建立在光學(xué)顯微鏡的基礎之上的,光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.2μm,透射電子顯微鏡的分辨率為0.2nm,也就是說(shuō)透射電子顯微鏡在光學(xué)顯微鏡的基礎上放大了1000倍。

 

 

種類(lèi)

電子顯微鏡按結構和用途可分為透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發(fā)射式電子顯微鏡等。

透射電子顯微鏡常用于觀(guān)察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細微物質(zhì)結構;掃描電子顯微鏡主要用于觀(guān)察固體表面的形貌,也能與X射線(xiàn)衍射儀或電子能譜儀相結合,構成電子微探針,用于物質(zhì)成分分析;發(fā)射式電子顯微鏡用于自發(fā)射電子表面的研究。

 

透射電子顯微鏡

因電子束穿透樣品后,再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與光學(xué)顯微鏡相仿,可以直接獲得一個(gè)樣本的投影。通過(guò)改變物鏡的透鏡系統人們可以直接放大物鏡的焦點(diǎn)的像。由此人們可以獲得電子衍射像。使用這個(gè)像可以分析樣本的晶體結構。在這種電子顯微鏡中,圖像細節的對比度是由樣品的原子對電子束的散射形成的。由于電子需要穿過(guò)樣本,因此樣本必須非常薄。組成樣本的原子的原子量、加速電子的電壓和所希望獲得的分辨率決定樣本的厚度。樣本的厚度可以從數納米到數微米不等。原子量越高、電壓越低,樣本就必須越薄。樣品較薄或密度較低的部分,電子束散射較少,這樣就有較多的電子通過(guò)物鏡光欄,參與成像,在圖像中顯得較亮。反之,樣品中較厚或較密的部分,在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過(guò)密,則像的對比度就會(huì )惡化,甚至會(huì )因吸收電子束的能量而被損傷或破壞。

透射電鏡的分辨率為0.1~0.2nm,放大倍數為幾萬(wàn)~幾十萬(wàn)倍。由于電子易散射或被物體吸收,故穿透力低,必須制備更薄的超薄切片(通常為50~100nm)。

透射式電子顯微鏡鏡筒的頂部是電子槍?zhuān)娮佑涉u絲熱陰極發(fā)射出、通過(guò)第一,第二兩個(gè)聚光鏡使電子束聚焦。電子束通過(guò)樣品后由物鏡成像于中間鏡上,再通過(guò)中間鏡和投影鏡逐級放大,成像于熒光屏或照相干版上。中間鏡主要通過(guò)對勵磁電流的調節,放大倍數可從幾十倍連續地變化到幾十萬(wàn)倍;改變中間鏡的焦距,即可在同一樣品的微小部位上得到電子顯微像和電子衍射圖像。

 

掃描電子顯微鏡

掃描電子顯微鏡的電子束不穿過(guò)樣品,僅以電子束盡量聚焦在樣本的一小塊地方,然后一行一行地掃描樣本。入射的電子導致樣本表面被激發(fā)出次級電子。顯微鏡觀(guān)察的是這些每個(gè)點(diǎn)散射出來(lái)的電子,放在樣品旁的閃爍晶體接收這些次級電子,通過(guò)放大后調制顯像管的電子束強度,從而改變顯像管熒光屏上的亮度。圖像為立體形象,反映了標本的表面結構。顯像管的偏轉線(xiàn)圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描,這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像,這與工業(yè)電視機的工作原理相類(lèi)似。由于這樣的顯微鏡中電子不必透射樣本,因此其電子加速的電壓不必非常高。

掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比,可從幾十倍連續地變化到幾十萬(wàn)倍。掃描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品;圖像有很強的立體感;能利用電子束與物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的次級電子、吸收電子和X射線(xiàn)等信息分析物質(zhì)成分。

掃描電子顯微鏡的制造是依據電子與物質(zhì)的相互作用。當一束高能的入射電子轟擊物質(zhì)表面時(shí),被激發(fā)的區域將產(chǎn)生二次電子、俄歇電子、特征x射線(xiàn)和連續譜X射線(xiàn)、背散射電子、透射電子,以及在可見(jiàn)、紫外、紅外光區域產(chǎn)生的電磁輻射。同時(shí),也可產(chǎn)生電子-空穴對、晶格振動(dòng)(聲子)、電子振蕩(等離子體)。

 

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