Funktionsprinzip und Anwendung der Transmissionselektronenmikroskopie
Mit der Transmissionselektronenmikroskopie (kurz TEM) können feine Strukturen von weniger als {{0}},2 µm sichtbar sein, die unter dem optischen Mikroskop nicht klar erkennbar sind. Diese Strukturen werden Ultrastruktur oder Ultrastruktur genannt. Um diese Strukturen klar zu erkennen, ist es notwendig, eine Lichtquelle mit kürzerer Wellenlänge zu wählen, um die Auflösung des Mikroskops zu verbessern. Ruska erfand 1932 die Transmissionselektronenmikroskopie mit dem Elektronenstrahl als Lichtquelle. Die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist viel kürzer als sichtbares Licht und ultraviolettes Licht, und die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Spannung des emittierten Elektronenstrahls, d. h. je höher die Spannung, desto kürzer die Wellenlänge. Derzeit kann die Auflösung von TEM 0,2 nm erreichen.
Das Funktionsprinzip der Transmissionselektronenmikroskopie besteht darin, dass der von der Elektronenkanone emittierte Elektronenstrahl entlang der optischen Achse des Spiegelkörpers im Vakuumkanal durch den Kondensator verläuft und ihn dann durch den Kondensator zu einem scharfen, hellen und gleichmäßigen Lichtfleck konvergiert Kondensator, der die Probe im Probenraum bestrahlt; Der durch die Probe hindurchtretende Elektronenstrahl transportiert die Strukturinformationen in die Probe, wobei weniger Elektronen durch die dichten Bereiche und mehr Elektronen durch die spärlichen Bereiche gelangen. Nach der Fokussierung und primären Vergrößerung der Objektivlinse tritt der Elektronenstrahl in die Zwischenlinse und den ersten und zweiten Projektionsspiegel der unteren Ebene ein, um eine umfassende Vergrößerungsabbildung zu ermöglichen. Das verstärkte Elektronenbild wird schließlich auf die fluoreszierende Schirmplatte im Beobachtungsraum projiziert; Ein fluoreszierender Bildschirm wandelt elektronische Bilder in Bilder mit sichtbarem Licht um, die der Benutzer beobachten kann. In diesem Abschnitt werden die Hauptstrukturen und Prinzipien jedes Systems separat vorgestellt.
Abbildungsprinzip der Transmissionselektronenmikroskopie
Das Abbildungsprinzip der Transmissionselektronenmikroskopie lässt sich in drei Fälle unterteilen:
1. Absorptionsbild: Wenn Elektronen auf Proben mit hoher Masse und Dichte emittiert werden, ist die Hauptphasenbildung die Streuung. Die Bereiche mit großer Masse und Dicke auf der Probe weisen einen größeren Streuwinkel der Elektronen auf, es passieren weniger Elektronen und die Helligkeit des Bildes ist dunkler. Die frühe Transmissionselektronenmikroskopie basierte auf diesem Prinzip.
2. Beugungsbild: Nachdem der Elektronenstrahl an der Probe gebeugt wurde, entspricht die Amplitudenverteilung der gebeugten Welle an verschiedenen Positionen der Probe der unterschiedlichen Beugungsfähigkeit jedes Teils des Kristalls in der Probe. Wenn ein kristallographischer Defekt auftritt, unterscheidet sich die Beugungsfähigkeit des defekten Teils vom gesamten Bereich, sodass die Amplitudenverteilung der gebeugten Welle ungleichmäßig ist, was die Verteilung des kristallographischen Defekts widerspiegelt.
3. Phasenbild: Wenn die Probe dünner als 100 Å ist, können Elektronen die Probe passieren und die Amplitudenänderung der Welle kann ignoriert werden. Die Abbildung ergibt sich aus der Phasenänderung.
Einsatz der Transmissionselektronenmikroskopie
Die Transmissionselektronenmikroskopie wird in der Materialwissenschaft und Biologie häufig eingesetzt. Aufgrund der Anfälligkeit von Elektronen gegenüber Streuung oder Absorption durch Objekte ist die Durchdringungskraft gering und die Dichte, Dicke und andere Faktoren der Probe können die endgültige Bildqualität beeinflussen. Daher ist es notwendig, dünnere, ultradünne Scheiben herzustellen, normalerweise 50-100nm. Daher müssen die mit der Transmissionselektronenmikroskopie beobachteten Proben sehr dünn behandelt werden. Zu den am häufigsten verwendeten Methoden gehören: Ultradünnschnittmethode, gefrorene Ultradünnschnittmethode, gefrorene Ätzmethode, gefrorene Bruchmethode usw. Bei flüssigen Proben wird dies normalerweise durch Aufhängen vorbehandelter Kupferdrahtgeflechte beobachtet.
