Elektronenmicroscoop instrument

Elektronenmicroscoop, microscoop die een extreem hoge resolutie bereikt met behulp van een elektronenstraal in plaats van een lichtstraal om het onderzoeksobject te verlichten.

metallurgie: elektronenmicroscopie

Er is grote vooruitgang geboekt bij het gebruik van fijn gerichte bundels van energetische elektronen om metalen te onderzoeken. Elektronenmicroscoop s

.

Geschiedenis

Fundamenteel onderzoek door veel natuurkundigen in het eerste kwartaal van de 20e eeuw suggereerde dat kathodestralen (dwz elektronen) op een of andere manier zouden kunnen worden gebruikt om de microscoopresolutie te verhogen. De Franse natuurkundige Louis de Broglie opende in 1924 de weg met de suggestie dat elektronenbundels als een vorm van golfbeweging zouden kunnen worden beschouwd. De Broglie leidde de formule af voor hun golflengte, waaruit bleek dat, bijvoorbeeld voor elektronen versneld met 60.000 volt (of 60 kilovolt [k]), de effectieve golflengte 0,05 angstrom (Å) - ie, 1 / 100.000 die van groen zou zijn licht. Als dergelijke golven in een microscoop zouden kunnen worden gebruikt, zou dit een aanzienlijke verhoging van de resolutie tot gevolg hebben. In 1926 werd aangetoond dat magnetische of elektrostatische velden kunnen dienen als lenzen voor elektronen of andere geladen deeltjes. Deze ontdekking leidde tot de studie van elektronenoptica en in 1931 hadden de Duitse elektrotechnici Max Knoll en Ernst Ruska een elektronenmicroscoop met twee lenzen bedacht die beelden van de elektronenbron produceerde. In 1933 werd een primitieve elektronenmicroscoop gebouwd die een monster in plaats van de elektronenbron afbeeldde, en in 1935 produceerde Knoll een gescand beeld van een vast oppervlak. De resolutie van de optische microscoop werd al snel overtroffen.

De Duitse natuurkundige Manfred, Freiherr (baron) von Ardenne en de Britse elektronicus Charles Oatley hebben de basis gelegd voor transmissie-elektronenmicroscopie (waarbij de elektronenbundel door het specimen reist) en scanning-elektronenmicroscopie (waarbij de elektronenbundel uit het monster wordt geworpen) elektronen die vervolgens worden geanalyseerd), die met name zijn opgenomen in Ardenne's boek Elektronen-Übermikroskopie (1940). Verdere vooruitgang in de constructie van elektronenmicroscopen werd vertraagd tijdens de Tweede Wereldoorlog, maar kreeg in 1946 een impuls met de uitvinding van de stigmator, die het astigmatisme van de objectieflens compenseert, waarna de productie meer wijdverbreid werd.

De transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) kan monsters tot 1 micrometer dik in beeld brengen. Hoogspanningselektronenmicroscopen lijken op TEM's, maar werken bij veel hogere spanningen. De scanning electron microscope (SEM), waarbij een elektronenbundel over het oppervlak van een vast object wordt gescand, wordt gebruikt om een ​​beeld op te bouwen van de details van de oppervlaktestructuur. De omgevingsscannende elektronenmicroscoop (ESEM) kan, in tegenstelling tot de SEM, een gescand beeld van een monster in een atmosfeer genereren en is vatbaar voor de studie van vochtige exemplaren, waaronder enkele levende organismen.

Combinaties van technieken hebben geleid tot de scanning transmissie-elektronenmicroscoop (STEM), die de methoden van TEM en SEM combineert, en de elektronen-probe-microanalysator, of microsonde-analysator, die een chemische analyse van de samenstelling van materialen mogelijk maakt met behulp van de invallende elektronenbundel om de emissie van karakteristieke röntgenstralen door de chemische elementen in het monster op te wekken. Deze röntgenstralen worden gedetecteerd en geanalyseerd door in het instrument ingebouwde spectrometers. Microprobe analysers zijn in staat om een ​​elektronen scanbeeld te produceren zodat structuur en compositie gemakkelijk gecorreleerd kunnen worden.

Een ander type elektronenmicroscoop is de veldemissiemicroscoop, waarbij een sterk elektrisch veld wordt gebruikt om elektronen te trekken uit een draad die in een kathodestraalbuis is gemonteerd.