Introducción a los principios de imagen de la microscopía electrónica de transmisión
La estructura del microscopio electrónico de transmisión consta de dos partes: la parte principal es el sistema de iluminación, el sistema de imágenes y el estudio de observación; la parte auxiliar es el sistema de vacío y el sistema eléctrico.
1. Sistema de iluminación
El sistema se divide en dos partes: cañón de electrones y condensador. Un cañón de electrones consta de un filamento (cátodo), una rejilla y un ánodo. El filamento calefactor emite un haz de electrones. Cuando se aplica un voltaje al ánodo, los electrones se aceleran. La diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo es el voltaje de aceleración total. Los electrones acelerados con energía son expulsados de los agujeros en la placa del ánodo. La energía del haz de electrones emitido está relacionada con el voltaje de aceleración, y la rejilla desempeña el papel de controlar la forma del haz de electrones. El haz de electrones tiene un cierto ángulo de divergencia. Después de ajustar la lente del condensador, se puede ver un haz de electrones paralelo con un ángulo de divergencia pequeño o incluso nulo. La densidad de corriente (corriente del haz) del haz de electrones se puede ajustar ajustando la corriente de la lente del condensador.
El tamaño del área de la muestra que debe iluminarse está relacionado con el aumento. Cuanto mayor sea el aumento, menor será el área iluminada. Por lo tanto, se requiere un haz de electrones más fino para irradiar la muestra. El tamaño del punto del haz de electrones emitido directamente por el cañón de electrones es mayor y la coherencia también es pobre. Para utilizar estos electrones de manera más efectiva y obtener haces de electrones de iluminación con alto brillo y buena coherencia para satisfacer las necesidades de los microscopios electrónicos de transmisión a diferentes aumentos, los haces de electrones emitidos por el cañón de electrones deben converger aún más para proporcionar diferentes puntos de haz. Talla. , haces de iluminación aproximadamente paralelos. Esta tarea generalmente se realiza mediante dos lentes electromagnéticos llamados condensadores. En la figura, C1 y C2 representan el primer condensador y el segundo condensador, respectivamente. C1 por lo general sigue siendo el mismo, y su función es establecer la intersección de los cañones de electrones para reducir el tamaño de la imagen en más de un orden de magnitud. Además, se instala un dispositivo de inclinación del haz en el sistema de iluminación, que puede inclinar fácilmente el haz de electrones en un rango de 2 a 3 grados para iluminar la muestra en diferentes ángulos de inclinación.
2. Sistema de imagen
El sistema incluye elementos ópticos electrónicos como la cámara de muestra, la lente del objetivo, el espejo intermedio, el diafragma de contraste, el diafragma de difracción, la lente de proyección, etc. La cámara de muestra tiene un mecanismo para garantizar que el vacío del cuerpo principal no se dañe durante los frecuentes cambios de muestra. . La muestra se puede mover en las direcciones X e Y para encontrar la posición a observar. El haz de electrones paralelo obtenido por la lente convergente irradia la muestra y transporta información que refleja las características de la muestra después de pasar a través de la muestra. La imagen electrónica se forma bajo la acción de la lente objetivo y el diafragma de contraste, y luego se amplía por el espejo intermedio y la lente de proyección. La imagen electrónica final se obtiene en una pantalla fluorescente.
El sistema de iluminación proporciona un haz de electrones de iluminación coherente, que transporta la información estructural de la muestra después de pasar a través de la muestra y se propaga en diferentes direcciones (por ejemplo, cuando hay un grupo de caras de cristal que satisface la ecuación de Bragg, se pueden generar 2 ángulos en la dirección de intersección del haz incidente con el haz difractado). Los objetivos vendrán de diferentes partes de la muestra con la misma dirección de propagación. Los electrones convergen en un solo punto en el plano focal posterior, y los electrones que viajan en diferentes direcciones forman diferentes puntos en consecuencia. Un haz directo de ángulo de dispersión cero converge en el punto focal del objetivo, formando un punto central. De esta forma, se forma un patrón de difracción en el plano focal posterior del objetivo. En el plano de la imagen del objetivo, estos haces de electrones se recombinan para obtener imágenes coherentes. Al ajustar la corriente de la lente de la lente intermedia, el plano del objeto de la lente intermedia y el plano focal posterior de la lente del objetivo coinciden, lo que se puede mostrar en la pantalla fluorescente. El patrón de difracción obtenido anteriormente puede hacer coincidir el plano del objeto de la lente intermedia con el plano de la imagen de la lente objetivo, obteniendo así una imagen microscópica. Mediante la cooperación de los dos espejos intermedios, la longitud y el aumento de la cámara se pueden ajustar dentro de un rango mayor.
3. Estudio de observación
La imagen electrónica se refleja en la pantalla fluorescente. La luz fluorescente es proporcional a la corriente del haz de electrones. Use una placa seca electrónica en lugar de una pantalla fluorescente para tomar fotografías. La capacidad fotosensible de la placa seca está relacionada con su longitud de onda.
4. Sistema de vacío
El sistema de vacío consta de una bomba mecánica, una bomba de difusión de aceite, una bomba de iones, un instrumento de medición de vacío y una tubería de vacío. Su función es eliminar el gas en el cilindro de la lente, de modo que el grado de vacío del cilindro de la lente debe alcanzar al menos 10-5 Torr, y el mejor grado de vacío puede alcanzar 10-9-10-10 Torr. Si el vacío es bajo, las colisiones entre los electrones y las moléculas de gas pueden causar dispersión y afectar el contraste. También provocará una ionización de alto voltaje entre la rejilla de electrones y el ánodo, provocando una descarga entre electrodos. Los gases residuales también pueden corroer el filamento y contaminar la muestra.
5. Sistema de control de potencia
La inestabilidad del voltaje de aceleración y la corriente magnética de la lente pueden causar una aberración cromática grave y reducir la resolución del microscopio electrónico. Por lo tanto, la estabilidad del voltaje de aceleración y la corriente de la lente es un criterio importante para medir el rendimiento del microscopio electrónico. El circuito TEM se compone principalmente de las siguientes partes: fuente de alimentación de CC de alto voltaje, fuente de alimentación de excitación de lente, fuente de alimentación de bobina de deflexión, fuente de alimentación de calentamiento de filamento de pistola de electrones, circuito de control del sistema de vacío, fuente de alimentación de bomba de vacío, dispositivo de accionamiento de cámara y exposición automática circuito.
Además, muchos microscopios electrónicos de alto rendimiento están equipados con accesorios de escaneo, espectroscopia de energía, espectroscopia de pérdida de energía de electrones.
