میکروسکوپ الکترونی عبوری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
میکروسکوپ الکترونی عبوری

میکروسکوپ الکترونی عبوری یا TEM نوعی میکروسکوپ الکترونی است که قابلیت عکس‌برداری از ریزساختار مواد با بزرگنمایی ۱٬۰۰۰ تا ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ برابر با قدرت تفکیکی در حد کوچک‌تر از ۱ نانومتر را دارد. میکروسکوپ الکترونی عبوری همچنین توانایی آنالیز عنصری، تعیین ساختار و جهت کریستالی اجزایی به کوچکی ۳۰ نانومتر را به صورت کیفی و کمی دارد.

تاریخچه[ویرایش]

لوئیس دو بروگلی در سال ۱۹۲۵ برای اولین بار تئوری خصوصیات موجی الکترونها که طول موجی کمتر از نور مرئی دارند را ارائه کرد. در سال ۱۹۲۷ دیویسون و گرمر و همچنین تامپسون و رید بطور مستقل آزمایشات کلاسیک تفرق الکترونی را انجام دادند که نشان‌دهندهٔ طبیعت موجی الکترون‌ها بود. در سال ۱۹۳۲ روسکا و نول اولین بار ایدهٔ میکروسکوپ الکترونی را مطرح کردند. در سال ۱۹۳۶ اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری توسط شرکت Metropolitian-Vickers در انگلستان ساخته شد. شکل اصلی میکروسکوپ الکترونی ، میکروسکوپ انتقال الکترونی از یک پرتو الکترونی ولتاژ بالا برای ساخت یک تصویراستفاده می کند. الکترون ها بوسیله یک تفنگ الکترونی انتشار می یابند ، که معمولا با یک کاتد ساخته شده از تنگستن رشته ای به عنوان یک منبع الکترون پر شده است . پرتو الکترونی بوسیله یک آند معمولی با ولتاژ kV100+ (40تا 400kV ) شتاب می گیرد با توجه به نوع کاتد ، بوسیله ی عدسی های الکترواستاتیکی و الکترومغناطیسی تمرکز یافته ، و از طریق نمونه که در بخش شفاف به الکترون است انتقال می یابد ، و در نقطه ی خارج از پرتو آن ها پراکنده می شود . هنگامی که از نمونه ظاهر می شود ، پرتو الکترونی اطلاعاتی در مورد ساختار نمونه که بوسیله ی عدسی های هدف سیستم میکروسکوپ بزرگنمایی شده را حمل می نماید . تنوع فضایی در این اطلاعات (تصاویر) ممکن است بوسیله ی طرح تصویر الکترونی بزرگ شده بر روی یک صفحه نمایش فلور سنت پوشش داده شده با فسفر یا ماده ی جرقه زنی مثل سولفید روی مشاهده شود . متناوبا ، تصویر میتواند بوسیله ی نمایش یک فیلم عکسی یا صفحه ای مستقیما رو به پرتو الکترونی ، یا یک فسفر وضوح بالا همراه شده و بوسیله ی سیستم عدسی نوری یا یک فیبر نوری چراغ راهنمایی برای حسگر یک دوربین CCD (دستگاه باردار) ثبت عکسی شود . تصویر بوسیله ی CCD که می تواند آن را در مانیتور یا کامپیوتر نمایش دهد شناسایی می شود . وضوح TEM در درجه ی اول بوسیله ی انحراف کروی محدود می شود ، اما نسل جدید تنظیم کننده های انحراف قادر به غلبه بر بخشی از انحراف کروی برای افزایش وضوح هستند . سخت افزار اصلاح انحراف کروی برای میکروسکوپ انتقال الکترونی با وضوح بالا (HRTEM) اجازه داده است تصاویری با وضوح بالای 5/0آنگستروم (50 پیکومتر) و بزرگنمایی بالای 50 میلیون بار تولید شود. توانایی تعیین موقعیت اتم ها در داخل مواد HRTEM را یک ابزار مهم برای توسعه و تحقیق نانو تکنولوژی ساخته است . یک حالت استفاده مهم TEM پراش الکترون است . مزایای پراش الکترونی روی اشعه یX در بلور شناسی این است که نمونه نیازمند یک تک بلور یا حتی پودر چند بلوری نبوده ، و هم چنین این که تبدیل فوریه بازسازی ساختار شیئ بزرگ شده بطور فیزیکی رخ می دهد و در نتیجه بعد از بدست آوردن تصویر بلوری الگوهای پراش اشعه X آن ها بصورت یک تک بلور یا پودر چند بلوری ، از نیاز به حل مشکل فاز مواجه شده بوسیله ی اشعهX اجتناب می شود . عمده معایب میکروسکوپ انتقال الکترونی این است که نیازمند بخش های بسیار باریک از نمونه ، معمولاً حدود nm 100 می باشد . نمونه های زیستی معمولاً نیازمند ثبوت شیمیایی هستند ، آب از دست داده و جاسازی شده در یک رزین پلیمری برای ایجاد ثبات در آن ها ، به آن ها اجازه تشکیل برشی به اندازه کافی نازک می دهد . بخشی از نمونه های زیستی ، پلیمر های آلی و مواد مشابه ممکن است نیاز ویژه به رنگ آمیزی با برچسب اتم سنگین به منظور دستیابی به کنتراست تصویر مورد نیاز داشته باشند .

نمونه‌ها[ویرایش]

عکس میکروسکوپ الکترونی روبشی از یک نمونهٔ آماده شده برای میکروسکوپ الکترونی عبوری که توسط تابش یونی متمرکز نازک شده است. غشای نازک برای بررسی توسط TEM مناسب است ولی با ضخامت حدود ۳۰۰ نانومتر بدون نازک کردن بیشتر برای بررسی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری وضوح بالا مناسب نخواهد بود.
شکل

فقط مواد جامد

اندازه

دیسکی با قطر ۳ میلی‌متر و ضخامت تقریبی ۵ میکرومتر

آماده‌سازی

باید برش‌هایی از نمونه تهیه شده و به کمک الکتروپولیش تا حدی نازک شود که به الکترونها اجازهٔ عبور بدهد.

زمان تقریبی مورد نیاز

۳ تا ۳۰ ساعت برای هر نمونه (بدون احتساب زمان آماده‌سازی)

برخی از کاربردها[ویرایش]

محدودیت‌ها[ویرایش]

  • فرآیند تهیهٔ نمونه‌ها بسیار زمان‌بر و خسته‌کننده است.

نحوهٔ کار[ویرایش]

ساختمان داخلی یک میکروسکوپ الکترونی عبوری