Tendencia de desarrollo del microscopio electrónico de nueva generación
1. Los microscopios electrónicos de pistola de emisión de campo de alto rendimiento son cada vez más populares y aplicados. El microscopio electrónico de transmisión de pistola de emisión de campo puede proporcionar una fuente de luz de electrones de alto brillo y alta coherencia. Por lo tanto, la disposición atómica y los tipos de materiales pueden analizarse exhaustivamente en la escala atómica-nanómetro. A mediados-1990, solo había unas pocas docenas de unidades en Taiwán; ahora se ha disparado a miles. En la actualidad, hay más de cien microscopios electrónicos de transmisión de pistola de emisión de campo en nuestro país. Los microscopios electrónicos de barrido con cañón de filamento de tungsteno caliente (electrones) convencionales solo pueden alcanzar una resolución de 3.0nm como máximo; la nueva generación de microscopios electrónicos de barrido con pistola de emisión de campo puede tener una resolución mejor que 1.0nm; La resolución es tan alta como 0.5nm-0.4nm. Entre ellos, el microscopio electrónico de barrido ambiental puede lograr: condiciones "ambientales" reales, las muestras se pueden observar en condiciones de humedad del 100 por ciento; las muestras biológicas y las muestras no conductoras no necesitan ser recubiertas y pueden estar directamente en la máquina para observación y análisis dinámicos; Tres usos de la máquina". Tres modos de trabajo de alto vacío, bajo vacío y "ambiente".
2. Deben realizarse esfuerzos para desarrollar una nueva generación de monocromadores y correctores de aberraciones esféricas para mejorar aún más la resolución de los microscopios electrónicos. Coeficiente de aberración esférica: el coeficiente de aberración esférica Cs del microscopio electrónico de transmisión convencional es de aproximadamente mm; el coeficiente de aberración esférica del microscopio electrónico de transmisión actual se ha reducido a Cs<0.05mm. Chromatic aberration coefficient: the chromatic aberration coefficient of the conventional transmission electron microscope is about 0.7; The chromatic aberration coefficient of the TEM has been reduced to 0.1. Field emission transmission electron microscopy, STEM technology, and energy filtering electron microscopy have become analytical means and tools for material science research, and even biomedicine. The spherical aberration corrector of the objective lens improves the resolution of the field emission transmission electron microscope to the information resolution. That is, it improves from 0.19nm to 0.12nm or even less than 0.1nm. Using a monochromator, the energy resolution will be less than 0.1eV. But the beam current of the monochromator is only about one tenth of that without a monochromator. Therefore, while using a monochromator , but also to consider the reduction of the beam current of the monochromator. While the spherical aberration corrector of the condenser improves the resolution of STEM to less than 0.1nm, the spherical aberration corrector of the condenser increases the beam current by at least 10 times, which is very beneficial to improve the spatial resolution. While correcting the spherical aberration, the chromatic aberration increases by about 30%. Therefore, while correcting the spherical aberration, the chromatic aberration should also be considered.
3. El análisis del microscopio electrónico se está moviendo hacia la informatización y la creación de redes. En términos de instrumentos y equipos, el sistema operativo actual del microscopio electrónico de barrido ha utilizado una nueva interfaz de operación. El usuario solo necesita presionar el mouse para realizar el control del cilindro de la lente del microscopio electrónico y las partes eléctricas, así como la memoria automática y el ajuste de varios parámetros. Entre diferentes regiones, se pueden realizar demostraciones como mover muestras, cambiar los modos de imagen y ajustar los parámetros del microscopio electrónico a través del sistema de red. Para realizar el control remoto del microscopio electrónico.
4. La importante aplicación del microscopio electrónico en el estudio de los nanomateriales. Dado que la precisión del análisis del microscopio electrónico está cerca de la escala atómica, el uso de un microscopio electrónico de transmisión de cañón de emisión de campo y un haz de electrones con un diámetro de 0.13nm no solo puede recopilar la imagen de contraste Z de un solo átomo, sino que también recogen la energía de los electrones de un espectro de pérdida de un solo átomo. Es decir, el microscopio electrónico puede obtener simultáneamente la información de la estructura atómica y electrónica de los materiales a escala atómica. La observación de imágenes atómicas individuales en muestras siempre ha sido una búsqueda a largo plazo de la comunidad científica. El diámetro de un átomo es de aproximadamente 2-3mm en 10 millonésimas. Por lo tanto, para distinguir la posición de cada átomo, se requiere un microscopio electrónico con una resolución de alrededor de 0.1nm, y debe aumentarse alrededor de 10 millones de veces. Se predice que cuando la escala del material se reduce a la nanoescala, las propiedades ópticas, eléctricas y otras propiedades físicas y mecánicas del material pueden ser únicas. Por lo tanto, la preparación de nanomateriales como nanopartículas, nanotubos y nanocables, así como la investigación sobre la relación entre sus estructuras y propiedades, se han convertido en un foco de investigación al que la gente ha prestado mucha atención. Usando un microscopio electrónico, generalmente en un microscopio electrónico de transmisión con una pistola de emisión de campo de vacío ultraalto por encima de 200 KV, se pueden observar imágenes de microscopio electrónico de alta resolución de nanofases y nanocables, patrones de difracción de electrones y espectros de pérdida de energía de electrones de nanomateriales. Por ejemplo, en el microscopio electrónico se observaron nanotubos de carbono con un diámetro interior de 0,4 nm, nanorods de Si-CN y nanocables semiconductores de Si dopados con Li. En el campo de la biomedicina, la tecnología del oro nanocoloidal, las cápsulas para el cuidado de la salud con nanoselenio, las estructuras de orgánulos a nivel nanométrico y los nanorobots que pueden ser tan pequeños como bacterias, monitorean las concentraciones sanguíneas en los vasos sanguíneos y eliminan los coágulos de sangre. Se puede decir que los buques son todas las investigaciones. Inseparable de la herramienta microscopio electrónico. En resumen: SEM y TEM son cada vez más importantes en la ciencia de los materiales, especialmente en la nanotecnología. La mejora de la estabilidad y operatividad hace que el microscopio electrónico ya no sea un instrumento utilizado por unos pocos expertos, sino una herramienta popular; una mayor resolución sigue siendo la dirección más importante para el desarrollo del microscopio electrónico; la aplicación del microscopio electrónico de barrido y el microscopio electrónico de transmisión ha cambiado desde la caracterización y el análisis se ha desarrollado hasta los experimentos in situ y el procesamiento nano-visible; El haz de iones enfocado (FIB) se ha utilizado cada vez más en la investigación científica de nanomateriales; La herramienta más poderosa para la creación de nanoprototipos; el objetivo de STEM correctivo (Titan): caracterización de estructuras 3D a una resolución de 0,5 Å en 2008.
5. La microscopía crioelectrónica y la tecnología de reconstrucción tridimensional son los puntos críticos de investigación actuales en microscopía bioelectrónica. La tecnología de microscopía crioelectrónica y la tecnología de reconstrucción tridimensional son puntos críticos de investigación actuales en microscopía bioelectrónica. Discute principalmente el uso de la microscopía crioelectrónica (que también incluye la aplicación de la microscopía crioelectrónica en una etapa fría de helio líquido) y la tecnología de reconstrucción de imágenes tridimensionales por computadora para determinar la estructura biológica tridimensional de las macromoléculas y sus complejos. Tales como el uso de microscopía crioelectrónica para determinar la estructura tridimensional de los virus y el crecimiento de cristales bidimensionales de proteínas de membrana en membranas lipídicas monocapa y su observación y análisis con microscopio electrónico. La biología estructural ha despertado una gran atención en la actualidad, porque mirando el mundo biológico desde un punto de vista sistémico, tiene diferentes estructuras jerárquicas: individuo ® órgano ® tejido ® célula ® biomacromolécula. Aunque las biomacromoléculas se encuentran en el nivel más bajo, determinan las diferencias entre los sistemas de alto nivel. La estructura tridimensional determina la función. La estructura es la base de la aplicación: diseño de medicamentos, modificación genética, investigación y desarrollo de vacunas, construcción de proteínas artificiales, etc. Algunas personas predicen que los avances en biología estructural traerán cambios revolucionarios a la biología. La microscopía electrónica es uno de los medios importantes para la determinación de la estructura. Las ventajas de la microscopía electrónica de baja temperatura son: la muestra se encuentra en un estado que contiene agua y las moléculas se encuentran en un estado natural; debido a que la muestra está dañada por la radiación, se debe utilizar una técnica de dosis baja para la observación; la temperatura de observación es baja, lo que mejora la resistencia a la radiación de la muestra; Las muestras se pueden congelar en diferentes estados para observar cambios en las estructuras moleculares. Mediante estas técnicas, los resultados de observación y análisis de diversas muestras biológicas se acercan más al estado real.
6. Las cámaras CCD de alto rendimiento son cada vez más populares. Las ventajas de los CCD utilizados en los microscopios electrónicos son la alta sensibilidad, el bajo ruido y la alta relación señal-ruido. Bajo el mismo píxel, las imágenes CCD a menudo tienen buena transparencia y nitidez, y se puede garantizar que la reproducción del color y la exposición sean básicamente precisas. La resolución de imagen/resolución de la cámara es cuántos píxeles decimos a menudo. En aplicaciones prácticas, la cámara Cuanto mayor sea el número de píxeles, mejor será la calidad de la imagen capturada. Para la misma imagen, cuanto más altos sean los píxeles, mayor será la capacidad de analizar la imagen, pero la cantidad de datos que registra será mucho mayor, por lo que los requisitos del dispositivo de almacenamiento son mucho mayores. En el campo TEM actual, los productos recientemente desarrollados están completamente controlados por computadora y la adquisición de imágenes se completa con una cámara CCD de alta resolución en lugar de una película fotográfica. La tendencia de la tecnología digital está impulsando la revolución de la aplicación TEM e incluso todo el trabajo de laboratorio desde todos los aspectos. Especialmente en términos de software de procesamiento de imágenes, muchas cosas que se consideraban imposibles en el pasado se están convirtiendo en realidad.
