Komponenten eines Elektronenmikroskops
Elektronenquelle: Es handelt sich um eine Kathode, die freie Elektronen freisetzt, und eine ringförmige Anode beschleunigt Elektronen. Der Spannungsunterschied zwischen Kathode und Anode muss sehr hoch sein, typischerweise zwischen mehreren tausend Volt und drei Millionen Volt.
Elektronen: Werden zur Fokussierung von Elektronen verwendet. Im Allgemeinen werden magnetische Linsen verwendet, manchmal werden auch elektrostatische Linsen verwendet. Die Funktion der Elektronenlinse ist die gleiche wie die der optischen Linse im Lichtmikroskop. Der Fokus der optischen Linse ist fest, der Fokus der elektronischen Linse kann jedoch eingestellt werden, sodass das Elektronenmikroskop nicht über ein bewegliches Linsensystem wie ein optisches Mikroskop verfügt.
Vakuumgerät: Das Vakuumgerät wird verwendet, um den Vakuumzustand im Inneren des Mikroskops sicherzustellen, sodass Elektronen auf ihrem Weg nicht absorbiert oder abgelenkt werden.
Probenhalter: Proben können stabil auf dem Probenhalter platziert werden. Darüber hinaus gibt es häufig Geräte, mit denen die Probe verändert werden kann (z. B. Bewegen, Rotieren, Erhitzen, Kühlen, Verlängern usw.).
Detektor: Ein Signal oder Sekundärsignal, das zum Sammeln von Elektronen verwendet wird. Die Projektion einer Probe kann direkt mithilfe eines Transmissionselektronenmikroskops (Transmission Electron Microscopy TEM) erhalten werden. In diesem Mikroskop passieren Elektronen die Probe, daher muss die Probe sehr dünn sein. Das Atomgewicht der Atome, aus denen die Probe besteht, die Spannung, mit der die Elektronen beschleunigt werden, und die gewünschte Auflösung bestimmen die Dicke der Probe. Die Dicke der Probe kann zwischen einigen Nanometern und einigen Mikrometern variieren. Je höher die Atommasse und je niedriger die Spannung, desto dünner muss die Probe sein.
Durch Ändern des Linsensystems des Objektivs kann das Bild im Brennpunkt des Objektivs direkt vergrößert werden. Daraus lassen sich Elektronenbeugungsbilder gewinnen. Anhand dieses Bildes kann die Kristallstruktur der Probe analysiert werden.
Bei der energiegefilterten Transmissionselektronenmikroskopie (EFTEM) messen Menschen Änderungen in der Geschwindigkeit von Elektronen, wenn sie eine Probe passieren. Daraus lässt sich auf die chemische Zusammensetzung der Probe schließen, beispielsweise auf die Verteilung chemischer Elemente in der Probe.
Verwendung von Elektronenmikroskopen
Elektronenmikroskope können entsprechend ihrer Struktur und Verwendung in Transmissionselektronenmikroskope, Rasterelektronenmikroskope, Reflexionselektronenmikroskope und Emissionselektronenmikroskope unterteilt werden. Transmissionselektronenmikroskope werden häufig zur Beobachtung feiner Materialstrukturen eingesetzt, die mit herkömmlichen Mikroskopen nicht aufgelöst werden können. Rasterelektronenmikroskope werden hauptsächlich zur Beobachtung der Morphologie fester Oberflächen verwendet und können auch mit Röntgendiffraktometern oder Elektronenenergiespektrometern kombiniert werden, um elektronische Mikrosonden für die Analyse der Materialzusammensetzung zu bilden. Emissionselektronenmikroskopie zur Untersuchung selbstemittierender Elektronenoberflächen.
Das Transmissionselektronenmikroskop ist benannt nach dem Elektronenstrahl, der die Probe durchdringt und dann das Bild mit der Elektronenlinse vergrößert. Sein Strahlengang ähnelt dem eines optischen Mikroskops. Bei dieser Art von Elektronenmikroskop entsteht der Kontrast im Bildausschnitt durch die Streuung des Elektronenstrahls an den Atomen der Probe. Der dünnere oder dichtere Teil der Probe weist eine geringere Elektronenstrahlstreuung auf, sodass mehr Elektronen durch die Objektivmembran gelangen, an der Bildgebung beteiligt sind und im Bild heller erscheinen. Umgekehrt erscheinen dickere oder dichtere Teile der Probe im Bild dunkler. Wenn die Probe zu dick oder zu dicht ist, verschlechtert sich der Kontrast des Bildes oder es wird sogar beschädigt oder zerstört, indem die Energie des Elektronenstrahls absorbiert wird.
