Het principe en de structuur van de scanning elektronenmicroscoop
Scanning-elektronenmicroscoop, de volledige naam van scanning-elektronenmicroscoop, Engels is scanning-elektronenmicroscoop (SEM), is een elektronisch optisch instrument dat wordt gebruikt om de oppervlaktestructuur van objecten te observeren.
1. Het principe van scanning-elektronenmicroscoop:
De fabricage van scanning-elektronenmicroscopen is gebaseerd op de interactie van elektronen met materie. Wanneer een straal van hoogenergetische menselijke elektronen het oppervlak van een materiaal bombardeert, produceert het excitatiegebied secundaire elektronen, Auger-elektronen, karakteristieke röntgenstralen en continue röntgenstralen, terugverstrooide elektronen, transmissie-elektronen en elektromagnetische straling in het zichtbare, ultraviolette en infraroodgebieden. . Tegelijkertijd kunnen ook elektron-gatparen, roostertrillingen (fononen) en elektronenoscillaties (plasmonen) worden gegenereerd. Het verzamelen van secundaire elektronen en terugverstrooide elektronen kan bijvoorbeeld informatie verkrijgen over de microscopische morfologie van het materiaal; het verzamelen van röntgenstralen kan informatie verkrijgen over de chemische samenstelling van het materiaal. Scanning-elektronenmicroscopen werken door een monster te scannen met een extreem fijne elektronenstraal, waarbij secundaire elektronen op het oppervlak van het monster worden opgewonden. De elektronen van de eerste orde worden door de detector verzameld, daar door de scintillator omgezet in optische signalen en vervolgens omgezet in elektrische signalen door fotomultiplicatorbuizen en versterkers, die de intensiteit van de elektronenstraal op het fosforscherm regelen en het gescande beeld weergeven synchroon met de elektronenbundel. De afbeeldingen zijn driedimensionale afbeeldingen die de oppervlaktestructuur van het monster weerspiegelen.
2. De structuur van de scanning elektronenmicroscoop:
(1) Lenscilinder
De lenscilinder omvat het elektronenkanon, de condensorlens, de objectieflens en het scansysteem. Zijn rol is het genereren van een extreem fijne elektronenstraal (ongeveer een paar nanometer in diameter) die het oppervlak van het monster scant terwijl verschillende signalen worden opgewekt.
(2) Elektronisch signaalverwervings- en verwerkingssysteem
In de monsterkamer interageert de scannende elektronenstraal met het monster om een verscheidenheid aan signalen te genereren, waaronder secundaire elektronen, terugverstrooide elektronen, röntgenstralen, geabsorbeerde elektronen, Russische (Auger) elektronen en meer. Van de bovengenoemde signalen zijn de belangrijkste secundaire elektronen, dit zijn buitenste elektronen die worden geëxciteerd door invallende elektronen in de monsteratomen, en worden gegenereerd in het gebied enkele nanometers tot tientallen nanometers onder het monsteroppervlak. De generatiesnelheid wordt voornamelijk bepaald door de morfologie en samenstelling van het monster. Het scanning-elektronenmicroscoopbeeld verwijst meestal naar het secundaire elektronenbeeld, dat het meest bruikbare elektronische signaal is om de oppervlaktetopografie van het monster te bestuderen. De sonde van de detector die de secundaire elektronen detecteert, is de scintillator. Wanneer de elektronen de scintillator raken, wordt er licht gegenereerd in de scintillator. Dit licht wordt door de lichtpijp naar de fotomultiplicatorbuis gestuurd, die het lichtsignaal omzet in een stroomsignaal, dat vervolgens wordt doorgegeven. Voorversterking en videoversterking zetten het huidige signaal om in een spanningssignaal, dat uiteindelijk naar het raster van de beeld buis.
(3) Elektronische signaalweergave en opnamesysteem
Scanning-elektronenmicroscoopbeelden worden weergegeven op een kathodestraalbuis (beeldbuis) en opgenomen door een camera. Er zijn twee soorten beeldbuizen, de ene wordt gebruikt voor observatie en heeft een lagere resolutie en is een lange nagloeibuis; de andere wordt gebruikt voor fotografische opnames en heeft een hogere resolutie en is een korte nagloeibuis.
(4) Vacuümsysteem en voedingssysteem
Het vacuümsysteem van de scanning elektronenmicroscoop bestaat uit een mechanische pomp en een oliediffusiepomp. Het voedingssysteem levert het specifieke vermogen dat elk onderdeel nodig heeft.
3. Het doel van het scannen van elektronenmicroscoop:
De meest elementaire functie van scanning-elektronenmicroscopen is het observeren van de oppervlakken van verschillende vaste monsters met een hoge resolutie. Beelden met grote scherptediepte zijn een kenmerk van waarnemingen met scanning-elektronenmicroscoop, zoals: biologie, plantkunde, geologie, metallurgie, enz. Waarnemingen kunnen monsteroppervlakken, snijoppervlakken of dwarsdoorsneden zijn. Metallurgen zijn blij om direct ongerepte of versleten oppervlakken te zien. Bestudeer eenvoudig oxide-oppervlakken, kristalgroei of corrosiedefecten. Enerzijds kan het de fijne structuur van papier, textiel, natuurlijk of bewerkt hout directer onderzoeken, en kunnen biologen het gebruiken om de structuur van kleine, fragiele monsters te bestuderen. Bijvoorbeeld: pollendeeltjes, diatomeeën en insecten. Aan de andere kant kan het driedimensionale foto's maken die overeenkomen met het oppervlak van het monster. Scanning-elektronenmicroscopie heeft een breed scala aan toepassingen in de studie van vaste materialen en is vergelijkbaar met andere instrumenten. Voor volledige karakterisering van vaste materialen, scanning elektronenmicroscopie.
