Introdução aos Princípios de Imagem da Microscopia Eletrônica de Transmissão
A estrutura do microscópio eletrônico de transmissão consiste em duas partes: a parte principal é o sistema de iluminação, o sistema de imagem e o estúdio de observação; a parte auxiliar é o sistema de vácuo e o sistema elétrico.
1. Sistema de iluminação
O sistema é dividido em duas partes: canhão de elétrons e condensador. Um canhão de elétrons consiste em um filamento (cátodo), uma grade e um ânodo. O filamento de aquecimento emite um feixe de elétrons. Quando uma tensão é aplicada ao ânodo, os elétrons são acelerados. A diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo é a tensão de aceleração total. Elétrons acelerados com energia são ejetados de buracos na placa do ânodo. A energia do feixe de elétrons emitido está relacionada à tensão de aceleração, e a grade desempenha o papel de controlar a forma do feixe de elétrons. O feixe de elétrons tem um certo ângulo de divergência. Depois de ajustar a lente do condensador, um feixe de elétrons paralelo com um ângulo de divergência pequeno ou mesmo zero pode ser visto. A densidade de corrente (corrente do feixe) do feixe de elétrons pode ser ajustada ajustando a corrente da lente do condensador.
O tamanho da área na amostra que precisa ser iluminada está relacionado à ampliação. Quanto maior a ampliação, menor a área iluminada. Portanto, um feixe de elétrons mais fino é necessário para irradiar a amostra. O tamanho do ponto do feixe de elétrons emitido diretamente pelo canhão de elétrons é maior e a coerência também é pobre. A fim de utilizar esses elétrons de forma mais eficaz e obter feixes de elétrons de iluminação com alto brilho e boa coerência para atender às necessidades de microscópios eletrônicos de transmissão em diferentes ampliações, os feixes de elétrons emitidos pelo canhão de elétrons precisam ser convergidos para fornecer diferentes pontos de feixe. Tamanho. , feixes de iluminação aproximadamente paralelos. Essa tarefa geralmente é realizada por duas lentes eletromagnéticas chamadas condensadores. Na figura, C1 e C2 representam o primeiro condensador e o segundo condensador, respectivamente. C1 geralmente permanece o mesmo, e seu papel é definir a interseção dos canhões de elétrons para reduzir o tamanho da imagem em mais de uma ordem de magnitude. Além disso, um dispositivo de inclinação do feixe é instalado no sistema de iluminação, que pode inclinar facilmente o feixe de elétrons na faixa de 2 graus a 3 graus para iluminar a amostra em diferentes ângulos de inclinação.
2. Sistema de imagem
O sistema inclui elementos ópticos eletrônicos, como câmara de amostra, lente objetiva, espelho intermediário, diafragma de contraste, diafragma de difração, lente de projeção, etc. A câmara de amostra possui um mecanismo para garantir que o vácuo do corpo principal não seja danificado durante trocas frequentes de amostra . A amostra pode ser movida nas direções X e Y para encontrar a posição a ser observada. O feixe de elétrons paralelo obtido pela lente convergente irradia a amostra e carrega informações que refletem as características da amostra após a passagem pela amostra. A imagem eletrônica é formada sob a ação da lente objetiva e do diafragma de contraste e, em seguida, ampliada pelo espelho intermediário e pela lente de projeção. A imagem eletrônica final é obtida em uma tela fluorescente.
O sistema de iluminação fornece um feixe de elétrons iluminante coerente, que carrega a informação estrutural da amostra após passar pela amostra e se propaga em diferentes direções (por exemplo, quando há um grupo de faces de cristal que satisfaça a equação de Bragg, 2 ângulos podem ser gerados em a direção que intercepta o feixe difratado do feixe incidente). Os objetivos virão de diferentes partes da amostra com a mesma direção de propagação. Os elétrons convergem em um único ponto no plano focal traseiro, e os elétrons viajando em direções diferentes formam pontos diferentes de acordo. Um feixe direto de ângulo de espalhamento zero converge no ponto focal da objetiva, formando um ponto central. Desta forma, um padrão de difração é formado no plano focal traseiro da objetiva. No plano de imagem da objetiva, esses feixes de elétrons se recombinam para obter imagens coerentes. Ao ajustar a corrente da lente da lente intermediária, o plano do objeto da lente intermediária e o plano focal traseiro da lente objetiva são coincidentes, o que pode ser exibido na tela fluorescente. O padrão de difração obtido acima pode fazer com que o plano do objeto da lente intermediária coincida com o plano da imagem da lente objetiva, obtendo assim uma imagem microscópica. Através da cooperação dos dois espelhos intermediários, o comprimento e a ampliação da câmera podem ser ajustados dentro de uma faixa maior.
3. Estúdio de observação
A imagem eletrônica é refletida na tela fluorescente. A luz fluorescente é proporcional à corrente do feixe de elétrons. Use uma placa seca eletrônica em vez de uma tela fluorescente para tirar fotos. A capacidade fotossensível da placa seca está relacionada ao seu comprimento de onda.
4. Sistema de vácuo
O sistema de vácuo consiste em bomba mecânica, bomba de difusão de óleo, bomba de íons, instrumento de medição de vácuo e tubulação de vácuo. Sua função é remover o gás no cilindro da lente, de modo que o grau de vácuo do cilindro da lente deve atingir pelo menos 10-5 Torr, e o melhor grau de vácuo pode atingir 10-9-10-10 Torr. Se o vácuo for baixo, colisões entre elétrons e moléculas de gás podem causar dispersão e afetar o contraste. Também causará ionização de alta tensão entre a grade de elétrons e o ânodo, causando descarga entre eletrodos. Gases residuais também podem corroer o filamento e contaminar a amostra.
5. Sistema de controle de energia
A instabilidade da tensão de aceleração e da corrente magnética da lente pode causar sérias aberrações cromáticas e reduzir a resolução do microscópio eletrônico. Portanto, a estabilidade da tensão de aceleração e da corrente da lente é um critério importante para medir o desempenho do microscópio eletrônico. O circuito TEM é composto principalmente pelas seguintes partes: fonte de alimentação DC de alta tensão, fonte de alimentação de excitação da lente, fonte de alimentação da bobina de deflexão, fonte de alimentação de aquecimento do filamento da pistola de elétrons, circuito de controle do sistema de vácuo, fonte de alimentação da bomba de vácuo, dispositivo de acionamento da câmera e exposição automática o circuito.
Além disso, muitos microscópios eletrônicos de alto desempenho são equipados com acessórios de varredura, espectroscopia de energia, espectroscopia de perda de energia eletrônica.
