Skenējošā elektronu mikroskopa darbības princips un uzbūve
Skenējošais elektronu mikroskops, pilns skenējošā elektronu mikroskopa nosaukums, angļu valodā ir skenējošs elektronu mikroskops (SEM), ir elektronisks optisks instruments, ko izmanto, lai novērotu objektu virsmas struktūru.
1. Skenējošā elektronu mikroskopa princips
Skenējošo elektronu mikroskopu izgatavošanas pamatā ir elektronu mijiedarbība ar vielu. Kad lielas enerģijas cilvēka elektronu stars bombardē materiāla virsmu, ierosmes apgabals rada sekundāros elektronus, Augera elektronus, raksturīgos rentgenstarus un nepārtrauktos rentgenstarus, atpakaļizkliedētos elektronus, transmisijas elektronus un elektromagnētisko starojumu redzamajā ultravioletajā starojumā. , un infrasarkanie reģioni. . Tajā pašā laikā var ģenerēt arī elektronu caurumu pārus, režģa vibrācijas (fononus) un elektronu svārstības (plazmonus). Piemēram, sekundāro elektronu un atpakaļizkliedēto elektronu kolekcija var iegūt informāciju par materiāla mikroskopisko morfoloģiju; rentgenstaru kolekcija var iegūt informāciju par materiāla ķīmisko sastāvu. Skenējošie elektronu mikroskopi darbojas, skenējot paraugu ar ārkārtīgi smalku elektronu staru, uz parauga virsmas uzbudinot sekundāros elektronus. Pirmās kārtas elektronus savāc detektors, tur esošais scintilators pārvērš optiskos signālos un pēc tam pārvērš elektriskos signālos ar fotopavairotāju lampām un pastiprinātājiem, kas kontrolē elektronu stara intensitāti uz fosfora ekrāna un parāda skenēto attēlu. sinhronizācijā ar elektronu staru. Attēli ir trīsdimensiju attēli, kas atspoguļo parauga virsmas struktūru.
2. Skenējošā elektronu mikroskopa uzbūve
(1) Objektīva cilindrs
Objektīva stobrā ietilpst elektronu pistole, kondensatora lēca, objektīvs un skenēšanas sistēma. Tās uzdevums ir radīt ārkārtīgi smalku elektronu staru (apmēram dažu nanometru diametrā), kas skenē parauga virsmu, vienlaikus ierosinot dažādus signālus.
(2) Elektronisko signālu iegūšanas un apstrādes sistēma
Parauga kamerā skenējošais elektronu stars mijiedarbojas ar paraugu, lai ģenerētu dažādus signālus, tostarp sekundāros elektronus, atpakaļizkliedētos elektronus, rentgenstarus, absorbētos elektronus, krievu (Auger) elektronus un citus signālus. No iepriekš minētajiem signāliem svarīgākie ir sekundārie elektroni, kas ir ārējie elektroni, ko ierosina krītošie elektroni parauga atomos, un tiek ģenerēti apgabalā, kas atrodas vairākus nanometrus līdz desmitiem nanometru zem parauga virsmas. Radīšanas ātrumu galvenokārt nosaka parauga morfoloģija un sastāvs. Skenējošā elektronu mikroskopa attēls parasti attiecas uz sekundāro elektronu attēlu, kas ir visnoderīgākais elektroniskais signāls, lai pētītu parauga virsmas topogrāfiju. Detektora zonde, kas nosaka sekundāros elektronus, ir scintilators. Kad elektroni ietriecas scintilatorā, scintilatorā tiek ģenerēta gaisma. Šī gaisma caur gaismas cauruli tiek pārraidīta uz fotopavairotāja cauruli, kas pārvērš gaismas signālu strāvas signālā, kas pēc tam tiek nodots cauri priekšpastiprināšanai un video pastiprināšanai, pārvērš strāvas signālu sprieguma signālā, kas beidzot tiek nosūtīts uz attēla caurule.
(3) Elektroniskā signāla displeja un ierakstīšanas sistēma
Skenējošie elektronu mikroskopa attēli tiek parādīti katodstaru lampā (attēla caurule) un ierakstīti ar kameru. Ir divu veidu attēla lampas, viena tiek izmantota novērošanai, un tai ir zemāka izšķirtspēja, un tā ir gara pēcspīdēšanas lampa; otrs tiek izmantots fotografēšanai, un tam ir augstāka izšķirtspēja, un tā ir īsa pēcspīdēšanas caurule.
(4) Vakuuma sistēma un barošanas sistēma
Skenējošā elektronu mikroskopa vakuuma sistēma sastāv no mehāniskā sūkņa un eļļas difūzijas sūkņa. Barošanas sistēma nodrošina katrai sastāvdaļai nepieciešamo jaudu.
3. Skenējošā elektronu mikroskopa mērķis
Skenējošo elektronu mikroskopu pamatfunkcija ir novērot dažādu cieto paraugu virsmas ar augstu izšķirtspēju. Liela lauka dziļuma attēli ir skenējošo elektronu mikroskopu novērojumu iezīme, piemēram: bioloģija, botānika, ģeoloģija, metalurģija utt. Novērojumi var būt paraugu virsmas, grieztas virsmas vai šķērsgriezumi. Metalurgi ar prieku redz neskartas vai nolietotas virsmas. Ērti izpētiet oksīda virsmas, kristālu augšanu vai korozijas defektus. No vienas puses, tā var tiešāk pārbaudīt papīra, tekstilizstrādājumu, dabīgā vai apstrādātā koka smalko struktūru, un biologi var to izmantot, lai pētītu mazu, trauslu paraugu struktūru. Piemēram: ziedputekšņu daļiņas, kramaļģes un kukaiņi. No otras puses, tas var uzņemt trīsdimensiju attēlus, kas atbilst parauga virsmai. Skenējošajai elektronu mikroskopijai ir plašs pielietojumu klāsts cieto materiālu izpētē, un tā ir salīdzināma ar citiem instrumentiem. Pilnīgai cieto materiālu raksturošanai, skenējošā elektronu mikroskopija.
