Tendência de Desenvolvimento do Microscópio Eletrônico de Nova Geração
1. Microscópios eletrônicos de canhão de emissão de campo de alto desempenho são cada vez mais populares e aplicados. O microscópio eletrônico de transmissão de pistola de emissão de campo pode fornecer fonte de luz eletrônica de alto brilho e alta coerência. Portanto, o arranjo atômico e os tipos de materiais podem ser analisados de forma abrangente na escala do nanômetro atômico. Em meados-1990, havia apenas algumas dezenas de unidades em Taiwan; agora ele subiu para milhares. Atualmente, existem mais de cem microscópios eletrônicos de transmissão de canhão de emissão de campo em nosso país. Os microscópios eletrônicos convencionais de varredura com filamento de tungstênio quente (elétron) só podem atingir uma resolução de 3,0nm no máximo; a nova geração de microscópios eletrônicos de varredura de canhão de emissão de campo pode ter uma resolução melhor que 1.0nm; A resolução é tão alta quanto 0.5nm-0.4nm. Entre eles, o microscópio eletrônico de varredura ambiental pode alcançar: condições "ambientais" reais, as amostras podem ser observadas em condições de umidade de 100%; amostras biológicas e amostras não condutoras não precisam ser revestidas e podem ser diretamente na máquina para observação e análise dinâmica; Três usos da máquina". Três modos de trabalho de alto vácuo, baixo vácuo e "ambiente".
2. Esforços devem ser feitos para desenvolver uma nova geração de monocromadores e corretores de aberração esférica para melhorar ainda mais a resolução dos microscópios eletrônicos. Coeficiente de aberração esférica: o coeficiente de aberração esférica Cs do microscópio eletrônico de transmissão convencional é de cerca de mm; o coeficiente de aberração esférica do microscópio eletrônico de transmissão atual foi reduzido para Cs<0.05mm. Chromatic aberration coefficient: the chromatic aberration coefficient of the conventional transmission electron microscope is about 0.7; The chromatic aberration coefficient of the TEM has been reduced to 0.1. Field emission transmission electron microscopy, STEM technology, and energy filtering electron microscopy have become analytical means and tools for material science research, and even biomedicine. The spherical aberration corrector of the objective lens improves the resolution of the field emission transmission electron microscope to the information resolution. That is, it improves from 0.19nm to 0.12nm or even less than 0.1nm. Using a monochromator, the energy resolution will be less than 0.1eV. But the beam current of the monochromator is only about one tenth of that without a monochromator. Therefore, while using a monochromator , but also to consider the reduction of the beam current of the monochromator. While the spherical aberration corrector of the condenser improves the resolution of STEM to less than 0.1nm, the spherical aberration corrector of the condenser increases the beam current by at least 10 times, which is very beneficial to improve the spatial resolution. While correcting the spherical aberration, the chromatic aberration increases by about 30%. Therefore, while correcting the spherical aberration, the chromatic aberration should also be considered.
3. A análise por microscópio eletrônico está caminhando para a informatização e a rede. Em termos de instrumentos e equipamentos, o atual sistema operacional do microscópio eletrônico de varredura utilizou uma interface de operação totalmente nova. O usuário só precisa pressionar o mouse para realizar o controle do barril da lente do microscópio eletrônico e das partes elétricas, bem como a memória automática e o ajuste de vários parâmetros. Entre diferentes regiões, demonstrações como mover amostras, alterar modos de imagem e ajustar parâmetros de microscópio eletrônico podem ser realizadas por meio do sistema de rede. Para realizar o controle remoto do microscópio eletrônico.
4. A importante aplicação do microscópio electrónico no estudo dos nanomateriais. Como a precisão da análise do microscópio eletrônico está próxima da escala atômica, usar um microscópio eletrônico de transmissão de canhão de emissão de campo e um feixe de elétrons com um diâmetro de 0.13nm pode não apenas coletar a imagem de contraste Z de um único átomo, mas também coletar a energia do elétron de um único espectro de perda de átomo. Ou seja, o microscópio eletrônico pode obter simultaneamente as informações de estrutura atômica e eletrônica de materiais em escala atômica. Observar imagens atômicas individuais em amostras sempre foi uma busca de longo prazo da comunidade científica. O diâmetro de um átomo é de cerca de 2-3mm em 10 milionésimos. Portanto, para distinguir a posição de cada átomo, é necessário um microscópio eletrônico com resolução de cerca de 0.1nm, que deve ser ampliado cerca de 10 milhões de vezes. Prevê-se que, quando a escala do material é reduzida à nanoescala, as propriedades ópticas, elétricas e outras propriedades físicas e mecânicas do material podem ser únicas. Portanto, a preparação de nanomateriais como nanopartículas, nanotubos e nanofios, bem como a pesquisa sobre a relação entre suas estruturas e propriedades, tornou-se um foco de pesquisa ao qual as pessoas prestaram muita atenção. Usando um microscópio eletrônico, geralmente em um microscópio eletrônico de transmissão com uma pistola de emissão de campo de vácuo ultra-alto acima de 200KV, podem ser observadas imagens de microscópio eletrônico de alta resolução de nanofases e nanofios, padrões de difração de elétrons e espectros de perda de energia de elétrons de nanomateriais. Por exemplo, nanotubos de carbono com diâmetro interno de 0,4 nm, nanobastões de Si-CN e nanofios semicondutores de Si dopados com Li foram observados no microscópio eletrônico. No campo da biomedicina, tecnologia de ouro nanocoloidal, cápsulas de nanoselênio para cuidados com a saúde, estruturas de organelas de nível nano e nanorrobôs que podem ser tão pequenos quanto bactérias, monitoram as concentrações sanguíneas nos vasos sanguíneos e removem coágulos sanguíneos no sangue pode-se dizer que as embarcações são todas as pesquisas. Inseparável da ferramenta microscópio eletrônico. Resumindo: SEM e TEM estão se tornando cada vez mais importantes na ciência dos materiais, especialmente na nanotecnologia. A melhoria da estabilidade e operabilidade faz com que o microscópio eletrônico não seja mais um instrumento usado por alguns especialistas, mas uma ferramenta popular; maior resolução ainda é a direção mais importante para o desenvolvimento do microscópio eletrônico; a aplicação do microscópio eletrônico de varredura e do microscópio eletrônico de transmissão mudou de caracterização e análise para experimentos in-situ e processamento nanovisível; O feixe de íons focalizado (FIB) tem sido cada vez mais utilizado na pesquisa científica de nanomateriais; A ferramenta mais poderosa para nanoprototipagem; o objetivo do STEM corretivo (Titan): caracterização da estrutura 3D com resolução de 0,5Å em 2008.
5. A microscopia crioeletrônica e a tecnologia de reconstrução tridimensional são os atuais focos de pesquisa em microscopia bioeletrônica. A tecnologia de microscopia crioeletrônica e a tecnologia de reconstrução tridimensional são pontos de pesquisa atuais em microscopia bioeletrônica. Ele discute principalmente o uso de microscopia crioeletrônica (que também inclui a aplicação de microscopia crioeletrônica em um estágio frio de hélio líquido) e tecnologia de reconstrução de imagens tridimensionais de computador para determinar a estrutura tridimensional biológica de macromoléculas e seus complexos. Tal como o uso de microscopia crioeletrônica para determinar a estrutura tridimensional de vírus e o crescimento de cristais bidimensionais de proteínas de membrana em membranas lipídicas de monocamada e sua observação e análise de microscópio eletrônico. A biologia estrutural tem despertado grande atenção das pessoas atualmente, pois olhando o mundo biológico de um ponto de vista sistêmico, ele possui diferentes estruturas hierárquicas: indivíduo ® órgão ® tecido ® célula ® biomacromolécula. Embora as biomacromoléculas estejam no nível mais baixo, elas determinam as diferenças entre os sistemas de alto nível. A estrutura tridimensional determina a função. A estrutura é a base da aplicação: projeto de medicamentos, modificação genética, pesquisa e desenvolvimento de vacinas, construção de proteínas artificiais, etc. Algumas pessoas prevêem que avanços na biologia estrutural trarão mudanças revolucionárias para a biologia. A microscopia eletrônica é um dos meios importantes de determinação da estrutura. As vantagens da microscopia eletrônica de baixa temperatura são: a amostra está em um estado contendo água e as moléculas estão em um estado natural; como a amostra é danificada pela radiação, a técnica de baixa dose deve ser usada para observação; a temperatura de observação é baixa, o que aumenta a resistência à radiação da amostra; As amostras podem ser congeladas em diferentes estados para observar mudanças nas estruturas moleculares. Por meio dessas técnicas, os resultados de observação e análise de diversas amostras biológicas ficam mais próximos do estado real.
6. As câmeras CCD de alto desempenho estão se tornando cada vez mais populares. As vantagens dos CCDs usados em microscópios eletrônicos são alta sensibilidade, baixo ruído e alta relação sinal-ruído. Sob o mesmo pixel, a imagem CCD geralmente tem boa transparência e nitidez, e a reprodução e exposição de cores podem ser garantidas como basicamente precisas. A resolução da imagem/resolução da câmera é quantos pixels costumamos dizer. Em aplicações práticas, a câmera Quanto maior os pixels, melhor a qualidade da imagem capturada. Para a mesma imagem, quanto maiores os pixels, maior a capacidade de analisar a imagem, mas a quantidade de dados que ela registra será muito maior, portanto, os requisitos do dispositivo de armazenamento são muito maiores. No campo TEM de hoje, os produtos recém-desenvolvidos são totalmente controlados por computador e a aquisição da imagem é concluída por uma câmera CCD de alta resolução em vez de um filme fotográfico. A tendência da tecnologia digital está impulsionando a revolução da aplicação TEM e até mesmo de todo o trabalho de laboratório em todos os aspectos. Especialmente em termos de software de processamento de imagens, muitas coisas que antes eram consideradas impossíveis estão se tornando realidade.
