ElektronenmikroskopOptisches MikroskopBildgebungsprinzipienÄhnlichkeiten und Unterschiede
Ein Elektronenmikroskop ist ein Instrument, das nach dem Prinzip der Elektronenoptik anstelle von Lichtstrahlen und optischen Linsen Elektronenstrahlen und Elektronenlinsen verwendet, sodass die Feinstruktur des Materials unter sehr hoher Vergrößerung abgebildet wird.
Die Auflösung eines Elektronenmikroskops wird als der kleine Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten ausgedrückt, den es auflösen kann. In den 1970er Jahren betrug die Auflösung eines Transmissionselektronenmikroskops etwa 3,3 Nanometer (die Auflösung des menschlichen Auges beträgt etwa 0,1 Millimeter). Heutzutage beträgt die Vergrößerung eines Elektronenmikroskops mehr als das 3-Millionenfache, während die Vergrößerung eines optischen Mikroskops etwa das 2,7-fache beträgt, sodass das Elektronenmikroskop die Atome bestimmter Schwermetalle und Kristalle der Atompunkte in der Anordnung der sauberen Matrix direkt beobachten kann.
Obwohl die Auflösung des Elektronenmikroskops weitaus besser ist als die des optischen Mikroskops, muss das Elektronenmikroskop unter Vakuumbedingungen arbeiten, sodass es schwierig ist, lebende Organismen zu beobachten, und die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen führt zu Strahlenschäden an biologischen Proben. Andere Probleme, wie die Helligkeit der Elektronenkanone und die Verbesserung der Qualität der Elektronenlinse, müssen ebenfalls weiter untersucht werden.
Das Auflösungsvermögen ist ein wichtiger Index eines Elektronenmikroskops und hängt mit dem Einfallswinkel und der Wellenlänge des Elektronenstrahls zusammen, der durch die Probe hindurchgeht. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts beträgt etwa {{0}} nm, und die Wellenlänge des Elektronenstrahls hängt mit der Beschleunigungsspannung zusammen. Wenn die Beschleunigungsspannung 50 bis 100 kV beträgt, beträgt die Wellenlänge des Elektronenstrahls etwa 0,0053 bis 0,0037 nm. Da die Wellenlänge des Elektronenstrahls viel kleiner ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, ist das Auflösungsvermögen des Elektronenmikroskops dem des optischen Mikroskops immer noch weit überlegen, selbst wenn der Kegelwinkel des Elektronenstrahls nur 1 Prozent des optischen Mikroskops beträgt.
Ein Elektronenmikroskop besteht aus drei Teilen: Spiegelrohr, Vakuumsystem und Stromversorgungsschrank. Der Zylinder enthält hauptsächlich eine Elektronenkanone, eine Elektronenlinse, einen Probenhalter, einen Leuchtschirm und einen Kameramechanismus sowie weitere Komponenten. Diese Komponenten sind normalerweise von oben nach unten in einer Säule angeordnet. Das Vakuumsystem besteht aus einer mechanischen Vakuumpumpe, einer Diffusionspumpe und Vakuumventilen usw. und ist über eine Pumpleitung mit dem Zylinder des Spiegels verbunden. Der Stromversorgungsschrank besteht aus einem Hochspannungsgenerator, dem Erregerstromstabilisator und einer Reihe von Regelsteuereinheiten.
Die Elektronenlinse ist ein wichtiger Bestandteil des Elektronenmikroskoptubus. Sie ist symmetrisch zur Achse des Tubus und bildet ein elektrisches oder magnetisches Feld, sodass die Elektronen zur Achse der Fokussierungsrolle der konvexen Glaslinse wandern und die Fokussierungsrolle des Lichtstrahls der Linse ähnlich ist. Daher wird sie als Elektronenlinse bezeichnet. Die meisten modernen Elektronenmikroskope verwenden elektromagnetische Linsen, die die Elektronen durch ein starkes Magnetfeld fokussieren, das durch einen sehr stabilen Gleichstrom-Erregerstrom durch eine Spule mit einem Polschuh erzeugt wird.
Elektronenmikroskope können je nach Aufbau und Verwendung in Transmissionselektronenmikroskope, Rasterelektronenmikroskope, Reflexionselektronenmikroskope und Emissionselektronenmikroskope unterteilt werden. Transmissionselektronenmikroskope werden häufig verwendet, um die Feinstruktur von Materialien zu untersuchen, die mit herkömmlichen Mikroskopen nicht erkennbar sind. Rasterelektronenmikroskope werden hauptsächlich verwendet, um die Morphologie fester Oberflächen zu untersuchen. Sie können aber auch mit einem Röntgendiffraktometer oder einem Elektronenspektrometer kombiniert werden, um eine Elektronenmikrosonde zu bilden, mit der die Zusammensetzung von Materialien analysiert wird. Emissionselektronenmikroskope werden verwendet, um die Selbstemission von Elektronen an Oberflächen zu untersuchen.
