Introdução ao princípio de composição do microscópio eletrônico
Um microscópio eletrônico consiste em um cilindro de lente, um sistema de vácuo e um gabinete de energia. O cilindro da lente consiste principalmente em canhão de elétrons, lente de elétrons, porta-amostras, tela fluorescente e mecanismo de câmera, que geralmente são montados em uma coluna de cima para baixo; O sistema de vácuo consiste em uma bomba de vácuo mecânica, uma bomba de difusão e uma válvula de vácuo, e é conectado ao cilindro da lente através de uma tubulação de extração de ar; O gabinete de energia é composto por gerador de alta tensão, estabilizador de corrente de excitação e várias unidades de controle de ajuste.
A lente eletrônica é a parte mais importante do corpo da lente do microscópio eletrônico. Ele usa um campo elétrico espacial ou campo magnético simétrico ao eixo do cilindro da lente para dobrar a trajetória do elétron em direção ao eixo para formar o foco, que é semelhante ao da lente convexa de vidro para focar o feixe de luz, por isso é chamado de lente eletrônica. A maioria dos microscópios eletrônicos modernos usa lentes eletromagnéticas, e o forte campo magnético gerado por uma corrente de excitação CC muito estável que passa por uma bobina com sapatas polares concentra os elétrons.
Um canhão de elétrons é um componente que consiste em um cátodo quente com filamento de tungstênio, uma grade e um cátodo. Ele pode emitir e formar um feixe de elétrons com velocidade uniforme, portanto, a estabilidade da tensão de aceleração não deve ser inferior a um décimo milésimo.
O microscópio eletrônico pode ser dividido em microscópio eletrônico de transmissão, microscópio eletrônico de varredura, microscópio eletrônico de reflexão e microscópio eletrônico de emissão de acordo com a estrutura e o uso. O microscópio eletrônico de transmissão (TEM) é frequentemente usado para observar a estrutura fina do material que não pode ser distinguida pelo microscópio comum. O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é usado principalmente para observar a morfologia da superfície sólida e também pode ser combinado com difratômetro de raios X ou espectrômetro de energia eletrônica. O micro eletrônico é formado pelo espalhamento do feixe de elétrons pelos átomos da amostra. Na parte fina ou de baixa densidade da amostra, o feixe de elétrons se espalha menos, de modo que mais elétrons passam através do diafragma objetivo e participam da geração de imagens, o que os faz parecer mais brilhantes na imagem. Pelo contrário, a parte mais espessa ou densa da amostra aparece mais escura na imagem. Se a amostra for muito espessa ou muito densa, o contraste da imagem irá deteriorar-se e até mesmo ser danificado ou destruído pela absorção da energia do feixe de elétrons.
A parte superior do corpo da lente do microscópio eletrônico de transmissão é um canhão de elétrons. Os elétrons são emitidos pelo cátodo quente do filamento de tungstênio e focados pela primeira e segunda lentes condensadoras. Depois que o feixe de elétrons passa pela amostra, ele é visualizado no espelho intermediário pela lente objetiva e, em seguida, amplificado passo a passo pelo espelho intermediário e pelo espelho de projeção, e visualizado na tela fluorescente ou placa fotográfica.
A ampliação do espelho intermediário pode ser continuamente alterada de várias dezenas de vezes para várias centenas de milhares de vezes, ajustando a corrente de excitação. Ao alterar a distância focal do espelho intermediário, a imagem microscópica eletrônica e a imagem de difração eletrônica podem ser obtidas na pequena parte da mesma amostra. Para estudar as amostras de fatias de metal espessas, um microscópio eletrônico de ultra-alta tensão com tensão de aceleração de 3500 kV foi desenvolvido pelo Laboratório de Óptica Eletrônica em Dulos, França.
O feixe de elétrons do microscópio eletrônico de varredura não passa pela amostra, mas apenas varre a superfície da amostra para excitar os elétrons secundários. O cristal de cintilação colocado próximo à amostra recebe esses elétrons secundários e modula a intensidade do feixe de elétrons do tubo de imagem após a amplificação, 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 mostra a imagem morfológica da superfície da amostra, que é semelhante ao princípio de funcionamento dos aparelhos de TV industriais.
A resolução do microscópio eletrônico de varredura depende principalmente do 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 continuamente alterada de dezenas a centenas de milhares de vezes. O microscópio eletrônico de varredura não precisa de amostras muito finas; A imagem tem um forte sentido tridimensional; A composição da substância pode ser analisada utilizando as informações dos elétrons secundários, elétrons absorvidos e raios X gerados pela interação entre o feixe de elétrons e a substância.
O canhão de elétrons e o condensador do microscópio eletrônico de varredura são quase iguais aos do microscópio eletrônico de transmissão, mas para tornar o feixe de elétrons mais fino, uma lente objetiva e um difusor astigmático são adicionados sob o condensador, e dois conjuntos de varredura bobinas perpendiculares entre si também são instaladas na lente objetiva. Uma mesa de amostra que pode se mover, girar e inclinar é instalada na câmara de amostra sob a lente objetiva.
