Composição do Microscópio Eletrônico Desenvolvimento História do Microscópio Eletrônico
Componentes de um microscópio eletrônico
Fonte de elétrons: É um cátodo que libera elétrons livres, e um ânodo em forma de anel acelera elétrons. A diferença de tensão entre o cátodo e o ânodo deve ser muito alta, normalmente entre vários milhares de volts e três milhões de volts.
Elétrons: Usado para focar elétrons. Geralmente, lentes magnéticas são usadas e, às vezes, lentes eletrostáticas também são usadas. A função da lente eletrônica é a mesma da lente óptica no microscópio óptico. O foco da lente óptica é fixo, mas o foco da lente eletrônica pode ser ajustado, de modo que o microscópio eletrônico não possui um sistema de lentes móveis como um microscópio óptico.
Dispositivo de vácuo: O dispositivo de vácuo é usado para garantir o estado de vácuo dentro do microscópio, para que os elétrons não sejam absorvidos ou desviados em seu caminho.
Porta-amostras: As amostras podem ser colocadas no porta-amostras de forma estável. Além disso, muitas vezes existem dispositivos que podem ser usados para alterar a amostra (como mover, girar, aquecer, resfriar, alongar, etc.).
Detector: Um sinal ou sinal secundário usado para coletar elétrons. A projeção de uma amostra pode ser obtida diretamente usando um microscópio eletrônico de transmissão (Transmission Electron Microscopy TEM). Os elétrons passam pela amostra neste microscópio, então a amostra deve ser muito fina. O peso atômico dos átomos que compõem a amostra, a voltagem na qual os elétrons são acelerados e a resolução desejada determinam a espessura da amostra. A espessura da amostra pode variar de alguns nanômetros a alguns micrômetros. Quanto maior a massa atômica e menor a voltagem, mais fina deve ser a amostra.
Mudando o sistema de lentes da objetiva, pode-se ampliar a imagem diretamente no ponto focal da objetiva. A partir deste pode-se obter imagens de difração de elétrons. Usando esta imagem, a estrutura cristalina da amostra pode ser analisada.
O princípio de composição do microscópio eletrônico
O microscópio eletrônico consiste em três partes: barril da lente, sistema de vácuo e gabinete de fonte de alimentação. O barril da lente inclui principalmente canhões de elétrons, lentes de elétrons, porta-amostras, telas fluorescentes e mecanismos de câmera. Esses componentes geralmente são montados em uma coluna de cima para baixo; o sistema de vácuo é composto por bombas de vácuo mecânicas, bombas de difusão e válvulas de vácuo. O gasoduto é conectado ao barril da lente; o gabinete de energia é composto por um gerador de alta tensão, um estabilizador de corrente de excitação e várias unidades de controle de ajuste.
A lente eletrônica é a parte mais importante do barril da lente do microscópio eletrônico. Ele usa um campo elétrico espacial ou campo magnético simétrico ao eixo do barril da lente para dobrar a trilha de elétrons para o eixo para formar um foco. Sua função é semelhante à de uma lente convexa de vidro para focalizar o feixe, por isso é chamado de elétron. lente. A maioria dos microscópios eletrônicos modernos usa lentes eletromagnéticas, que focalizam os elétrons através de um forte campo magnético gerado por uma corrente de excitação CC muito estável que passa por uma bobina com sapatas polares.
O canhão de elétrons é um componente que consiste em um cátodo quente de filamento de tungstênio, uma grade e um cátodo. Ele pode emitir e formar um feixe de elétrons com uma velocidade uniforme, de modo que a estabilidade da tensão de aceleração não deve ser inferior a um décimo de milésimo.
Os microscópios eletrônicos podem ser divididos em microscópios eletrônicos de transmissão, microscópios eletrônicos de varredura, microscópios eletrônicos de reflexão e microscópios eletrônicos de emissão de acordo com suas estruturas e usos. Microscópios eletrônicos de transmissão são frequentemente usados para observar as estruturas de materiais finos que não podem ser resolvidas por microscópios comuns; microscópios eletrônicos de varredura são usados principalmente para observar a morfologia de superfícies sólidas, e também podem ser combinados com difratômetros de raios X ou espectrômetros de energia eletrônica para formar eletrônica As microesferas são formadas pelo espalhamento do feixe de elétrons pelos átomos da amostra. A parte mais fina ou de menor densidade da amostra tem menos espalhamento do feixe de elétrons, de modo que mais elétrons passam pelo diafragma da objetiva e participam da geração de imagens, aparecendo mais brilhantes na imagem. Por outro lado, partes mais espessas ou densas da amostra aparecem mais escuras na imagem. Se a amostra for muito espessa ou muito densa, o contraste da imagem se deteriorará, ou até mesmo será danificado ou destruído pela absorção da energia do feixe de elétrons.
O topo do barril da lente do microscópio eletrônico de transmissão é um canhão de elétrons. Os elétrons são emitidos pelo cátodo quente de tungstênio e os feixes de elétrons são focalizados pelo primeiro e segundo condensadores. Depois de passar pela amostra, o feixe de elétrons é visualizado no espelho intermediário pela lente objetiva e, em seguida, ampliado passo a passo através do espelho intermediário e do espelho de projeção e, em seguida, visualizado na tela fluorescente ou na placa fotocoerente.
A ampliação do espelho intermediário pode ser alterada continuamente de dezenas a centenas de milhares de vezes, principalmente através do ajuste da corrente de excitação; alterando a distância focal do espelho intermediário, imagens de microscopia eletrônica e imagens de difração de elétrons podem ser obtidas nas pequenas partes da mesma amostra. Para estudar amostras de fatias de metal mais espessas, o Laboratório Francês de Ótica Eletrônica Dulos desenvolveu um microscópio eletrônico de ultra-alta tensão com uma tensão de aceleração de 3500 kV.
O feixe de elétrons do microscópio eletrônico de varredura não passa pela amostra, mas apenas varre e excita elétrons secundários na superfície da amostra. O cristal de cintilação colocado próximo à amostra recebe esses elétrons secundários, amplifica e modula a intensidade do feixe de elétrons do tubo de imagem, alterando assim o brilho na tela do tubo de imagem. A bobina de deflexão do tubo de imagem mantém a varredura síncrona com o feixe de elétrons na superfície da amostra, de modo que a tela fluorescente do tubo de imagem exiba a imagem topográfica da superfície da amostra, semelhante ao princípio de funcionamento de uma TV industrial .
A resolução de um microscópio eletrônico de varredura é determinada principalmente pelo diâmetro do feixe de elétrons na superfície da amostra. A ampliação é a razão entre a amplitude de varredura no tubo de imagem e a amplitude de varredura na amostra, que pode ser alterada continuamente de dezenas a centenas de milhares de vezes. A microscopia eletrônica de varredura não requer amostras muito finas; a imagem tem um forte efeito tridimensional; ele pode usar informações como elétrons secundários, elétrons absorvidos e raios X gerados pela interação de feixes de elétrons e substâncias para analisar a composição das substâncias.
O canhão de elétrons e a lente condensadora do microscópio eletrônico de varredura são aproximadamente os mesmos do microscópio eletrônico de transmissão, mas para tornar o feixe de elétrons mais fino, uma lente objetiva e um astigmatizador são adicionados sob a lente condensadora e dois conjuntos de feixes de varredura mutuamente perpendiculares são instalados dentro da lente objetiva. bobina. A câmara de amostra abaixo da lente objetiva é equipada com um estágio de amostra que pode se mover, girar e inclinar.
Usos de microscópios eletrônicos
Os microscópios eletrônicos podem ser divididos em microscópios eletrônicos de transmissão, microscópios eletrônicos de varredura, microscópios eletrônicos de reflexão e microscópios eletrônicos de emissão de acordo com suas estruturas e usos. Microscópios eletrônicos de transmissão são frequentemente usados para observar as estruturas de materiais finos que não podem ser resolvidas por microscópios comuns; os microscópios eletrônicos de varredura são usados principalmente para observar a morfologia de superfícies sólidas e também podem ser combinados com difratômetros de raios X ou espectrômetros de energia eletrônica para formar microssondas eletrônicas para análise de composição de materiais; microscopia eletrônica de emissão para o estudo de superfícies de elétrons auto-emissores.
O microscópio eletrônico de transmissão é nomeado após o feixe de elétrons penetrar na amostra e, em seguida, ampliar a imagem com a lente de elétrons. Seu caminho óptico é semelhante ao de um microscópio óptico. Neste tipo de microscópio eletrônico, o contraste no detalhe da imagem é criado pela dispersão do feixe de elétrons pelos átomos da amostra. A parte mais fina ou de menor densidade da amostra tem menos espalhamento do feixe de elétrons, de modo que mais elétrons passam pelo diafragma da objetiva e participam da geração de imagens, aparecendo mais brilhantes na imagem. Por outro lado, partes mais espessas ou densas da amostra aparecem mais escuras na imagem. Se a amostra for muito espessa ou muito densa, o contraste da imagem se deteriorará, ou até mesmo será danificado ou destruído pela absorção da energia do feixe de elétrons.
