Принципът и структурата на сканиращия електронен микроскоп
Сканиращият електронен микроскоп, пълното име на сканиращия електронен микроскоп, английски е сканиращ електронен микроскоп (SEM), е електронен оптичен инструмент, използван за наблюдение на повърхностната структура на обекти.
1. Принципът на сканиращия електронен микроскоп
Производството на сканиращи електронни микроскопи се основава на взаимодействието на електроните с материята. Когато лъч от високоенергийни човешки електрони бомбардира повърхността на даден материал, зоната на възбуждане произвежда вторични електрони, Оже електрони, характеристични рентгенови лъчи и непрекъснати рентгенови лъчи, обратно разпръснати електрони, предавателни електрони и електромагнитно излъчване във видимата, ултравиолетова светлина , и инфрачервени региони. . В същото време могат да се генерират и двойки електрон-дупка, вибрации на решетката (фонони) и електронни трептения (плазмони). Например, събирането на вторични електрони и обратно разпръснати електрони може да получи информация за микроскопичната морфология на материала; събирането на рентгенови лъчи може да получи информация за химичния състав на материала. Сканиращите електронни микроскопи работят, като сканират проба с изключително фин електронен лъч, възбуждайки вторични електрони на повърхността на пробата. Електроните от първи ред се събират от детектора, преобразуват се в оптични сигнали от сцинтилатора там и след това се преобразуват в електрически сигнали от фотоумножителни тръби и усилватели, които контролират интензитета на електронния лъч върху фосфорния екран и показват сканираното изображение в синхрон с електронния лъч. Изображенията са триизмерни изображения, които отразяват повърхностната структура на образеца.
2. Структурата на сканиращия електронен микроскоп
(1) Цев на обектива
Цевта на обектива включва електронна пушка, кондензаторна леща, обективна леща и система за сканиране. Неговата роля е да генерира изключително фин електронен лъч (с диаметър около няколко нанометра), който сканира повърхността на пробата, като същевременно възбужда различни сигнали.
(2) Електронна система за получаване и обработка на сигнали
В камерата за проби сканиращият електронен лъч взаимодейства с пробата, за да генерира различни сигнали, включително вторични електрони, обратно разпръснати електрони, рентгенови лъчи, абсорбирани електрони, руски (Оже) електрони и др. Сред гореспоменатите сигнали най-важните са вторичните електрони, които са външни електрони, възбудени от падащи електрони в атомите на пробата, и се генерират в областта от няколко нанометра до десетки нанометри под повърхността на пробата. Скоростта на генериране се определя главно от морфологията и състава на пробата. Изображението от сканиращия електронен микроскоп обикновено се отнася до вторичното електронно изображение, което е най-полезният електронен сигнал за изследване на повърхностната топография на пробата. Сондата на детектора, която открива вторичните електрони, е сцинтилаторът. Когато електроните ударят сцинтилатора, в сцинтилатора се генерира светлина. Тази светлина се предава през светлинната тръба към фотоумножителната тръба, която преобразува светлинния сигнал в токов сигнал, който след това преминава през предусилване и видео усилване преобразува текущия сигнал в сигнал за напрежение, който накрая се изпраща към мрежата на картина тръба.
(3) Електронна система за показване и запис на сигнали
Изображенията от сканиращия електронен микроскоп се извеждат на електроннолъчева тръба (кинескоп) и се записват от камера. Има два вида кинескопи, единият се използва за наблюдение и има по-ниска разделителна способност и е дълъг кинескоп с последващо сияние; другата се използва за фотографски запис и е с по-висока разделителна способност и е къса тръба за следсветене.
(4) Вакуумна система и система за захранване
Вакуумната система на сканиращия електронен микроскоп се състои от механична помпа и маслена дифузионна помпа. Системата за захранване осигурява специфичната мощност, необходима за всеки компонент.
3. Целта на сканиращия електронен микроскоп
Най-основната функция на сканиращите електронни микроскопи е да наблюдават повърхностите на различни твърди проби с висока разделителна способност. Изображенията с голяма дълбочина на рязкост са характеристика на наблюденията със сканиращ електронен микроскоп, като например: биология, ботаника, геология, металургия и др. Наблюденията могат да бъдат повърхности на проби, повърхности на изрязване или напречни сечения. Металурзите са щастливи да видят директно чисти или износени повърхности. Лесно изучавайте оксидни повърхности, растеж на кристали или корозионни дефекти. От една страна, той може по-директно да изследва фината структура на хартия, текстил, естествено или обработено дърво, а биолозите могат да го използват, за да изследват структурата на малки, крехки проби. Например: поленови частици, диатомеи и насекоми. От друга страна, той може да прави триизмерни снимки, съответстващи на повърхността на пробата. Сканиращата електронна микроскопия има широк спектър от приложения при изследване на твърди материали и е сравнима с други инструменти. За пълно характеризиране на твърди материали, сканираща електронна микроскопия.
