Реферати українською » Физика » Сучасні методи вивчення речовини просвічуваний електронний мікроскоп


Реферат Сучасні методи вивчення речовини просвічуваний електронний мікроскоп

Страница 1 из 4 | Следующая страница

>СОДЕРЖАНИЕ

Запровадження

1. Історична довідка

2.Просвечивающая електронна мікроскопія

2.1 Джерела електронів

2.2 Система висвітлення

2.3 Корекція астигматизму

2.4Вспомогательное обладнанняОПЭМ

3. Застосування просвітчастого електронного мікроскопа

3.1Небиологические матеріали

3.2 Біологічні препарати

3.3Високовольтная мікроскопія

3.4 Радіаційний ушкодження

4. Сучасні видиПЭМ

Укладання

Список літератури


ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Методи електронної мікроскопії завоювали таку популярність, що на даний час неможливо уявити лабораторію, що займається дослідженням матеріалів, їхприменяющую. Перші успіхи електронної мікроскопії слід зарахувати до 30-му років, коли з її допомогою було виявлено структура низки органічних матеріалів і біологічних об'єктів. У дослідженнях неорганічних матеріалів, особливо металевих сплавів, позиції електронної мікроскопії зміцнилися з приходом мікроскопів з великим напругою (100 кВ і від) і ще більшою мірою завдяки вдосконаленню техніки отримання об'єктів, що дозволило працювати безпосередньо з матеріалом, а чи не зіслепками-репликами. Саме такими званої який просвічує електронної мікроскопії зобов'язана своєю появою й постійним розвитком теоріядислокаций – механізму пластичної деформації матеріалів. Міцні позиції займає електронна мікроскопія та низці інших розділів матеріалознавства.

Посилення інтересу до електронної мікроскопії пояснюється низкою обставин. Це, по-перше, розширення можливостей методу завдяки появі найрізноманітніших приставок: для досліджень при низьких (до –150°С) і високих (до1200°С) температурах, спостереження деформації у мікроскопі, дослідження рентгенівських спектрівмикроучастков (до 1мкм і менше) об'єктів, отримання зображень в розсіяних електронах та інших. По-друге, підвищення (до 1 і менше) роздільної здатності електронних мікроскопів, що їх конкурентоспроможними завтоионними мікроскопами отриманні прямих зображень кристалічною грати. Нарешті, можливість паралельно з мікроскопічними дослідженнями детально вивчати дифракційні картини до спостереження таких тонких деталей, якдиффузионное розсіювання електронів.

Усі ширше крокує і растрова електронна мікроскопія,сконцентрировавшая все досягнення просвітчастої електронної мікроскопії.


1.  ІСТОРИЧНА ДОВІДКА

Історія мікроскопії – це історія безперервних пошуків людини, який прагнув поринути у таємниці природи. Мікроскоп виник XVII в., і з цього часу наука стала швидко просуватися вперед. Багато поколінь дослідників проводили за мікроскопом багато часу, вивчаючи не видимий оку світ. Сьогодні важко уявити біологічну, медичну, фізичну,металлографическую, хімічну лабораторії без оптичного мікроскопа: досліджуючи крапельки крові й зріз тканини, медики становлять висновок про стан людини. Встановлення структури металу і органічних речовин дозволило розробити низку нових високоміцних металевих і полімерних матеріалів.

Наше століття часто називають електронним століттям. Проникнення у таємниці атома дозволило сконструювати електронні прилади – лампи,електронно-лучевие трубки та інших. На початку 20-х у фізиків виникла ідея використовувати пучок електронів на формування зображення предметів. Реалізація цієї ідеї породила електронний мікроскоп.

Широкі можливості отримання найрізноманітнішої інформації, зокрема і з ділянок об'єктів, порівнянних з атомом, послужили стимулом до вдосконалення електронних мікроскопів й застосування їх майже у всіх галузях науку й техніки як приладів для фізичних досліджень, і технічного контролю.

Сучасний електронний мікроскоп здатний розрізняти настільки малі деталі зображеннямикрообъекта, які може знайдете один інший прилад. У більшою ступеня, ніж розміри і форма зображення, учених цікавить структурамикрообъекта; і електронні мікроскопи можуть розповісти як про структуру, а й хімічний склад,несовершенствах будівлі ділянокмикрообъекта площею частки мікрометра. Завдяки цьому сфера застосування електронного мікроскопа безупинно розширюється й сам прилад ускладнюється.

Перші просвітчасті електронні мікроскопи працювали з напругою, який пришвидшує електрони, за 30 я – 60 кВ; товщина досліджуваних об'єктів ледь досягала 1000 (1 – 10-10 м). Нині створено електронні мікроскопи з який пришвидшує напругою в 3МВ, що дозволило спостерігати об'єкти завтовшки вже у кілька мікрометрів. Проте успіхи електронної мікроскопії не обмежилися лише кількісним зростаннямускоряющего напруги. Етапним було створення серійного растрового електронного мікроскопа (РЕМ), який одразу набув популярності у фізиків, хіміків, металургів, геологів, медиків, біологів і у криміналістів. Найбільш суттєві особливості цього приладу – велика глибина різкості зображення, а її кілька порядків вищою, ніж в мікроскопа оптичного, і можливість дослідження масивних зразків практично було без будь-якої їх спеціальної підготовки. Еволюція ідей фізики тісно пов'язана з розвитком методів дослідження, дозволяють пояснити явища, які у мікросвіті. У розвитку будь-який науки, що вивчає реальні фізичні тіла, двоє ключових запитань є головними: як поводиться тіло у тих чи інших умовах? Чому він поводиться належним чином? Найбільш повний ці запитання відповідь можна було одержати, якщо розглядати структуру тіла, і її поведінка комплексно, т. е. відмикросвязей і мікроструктури до макроструктури в макропроцесор. У ХІХ в, остаточно було сформульовано теорія зображення, і фізикам очевидно, що поліпшення дозволу мікроскопа потрібно зменшувати довжину хвилі випромінювання, формує зображення. Спочатку це відкриття не призвело до практичним результатам. Тільки роботою Луї деБройля (1924г.)[1], у якій була пов'язана довжина хвилі частки з її масою і швидкістю, із чого слід було, що у електронів (як й у світлових золі) повинно бути і явище дифракції; з Бушем (1926 р.), показав, що електричні і магнітні поля діють майже оптичні лінзи, можна було вести конкретну розмову про електронної оптиці.

У 1927 р. американські вчені До.Девиссои і Л.Джермер спостерігали явище дифракції електронів, а англійський фізик Д. Томсон і з-ветский фізик П. З.Тартаковский провели перші дослідження цього явища. На початку 1930-х академік А. А. Лебедєв розробив теорію дифракції стосовноелектронографу [2].

За підсумками цих основних робіт можна було створити електронно-оптичний прилад, і деБройль запропонував зайнятися цим одного з своїх учнів, Л.Сциларду [2] . Той, у розмові з заздалегідь відомим фізиком Д.Табором розповів йому про можливість запропонувати деБройля, проте Габор переконавСциларда у цьому, що кожен предмет, які перебувають по дорозі електронного променя, згорить дотла та, крім того, живі об'єкти у вакуум завадити не можна.

>Сцилард відмовився пропозиції свого вчителя, до того часу, вже немає негараздів отриманні електронів. Фізики і радіотехніки успішно працювали з електронними лампами, у яких електрони отримували з допомогоютермоелектронной емісії, чи, інакше кажучи, з допомогою нагрівання нитки (катода), а спрямоване рух електронів до аноду (т. е. проходження струму через лампу) формувалося додатком напруги між анодом і катодом. У 1931 р. А. А. Лебедєв запропонував схемуелектронографа з магнітною фокусуванням пучка електронів, яка основою більшості приладів, виготовлені нашій країні за кордоном.

У 1931Р.Руденберг подав патентну заявку на просвічуваний електронний мікроскоп, а 1932М.Кнолль іЭ.Руска побудували перший такий мікроскоп, застосувавши магнітні лінзи для фокусування електронів. Цей прилад був попередником сучасногоОПЭМ. (Руска був нагороджений за праці тим, що стала лауреатом Нобелівської премії із фізики за 1986.) [2]

У 1938 Руска і Б. фонБоррис побудували прототип промисловогоОПЭМ для фірми ">Сименс-Хальске" у Німеччині; цей прилад зрештою дозволив досягти дозволу 100 нм. Кількома роками пізнішеА.Пребус іДж.Хиллер побудували першийОПЭМ високого дозволу поїхав уТоронтском університеті (Канада).

Широкі можливостіОПЭМ майже відразу ж почали очевидні. Його промислового виробництва розпочато одночасно фірмою ">Сименс-Хальске" у Німеччині й корпорацією RCA США. Наприкінці 40-х років такі прилади стали випускати та інші компанії.

РЕМ у нинішній формі було винайдено в 1952 ЧарльзомОтли. Щоправда, попередні варіанти такого устрою було побудованоКноллем у Німеччині 1930-х роках таЗворикиним з працівниками в корпорації RCA в 1940-х роках, але тільки приладОтли зміг послужити підвалинами низки технічних удосконалень, завершених впровадженням у виробництво промислового варіанта РЕМ у середині 60-х років. Коло споживачів такого досить простого у спілкуванні приладу з об'ємним зображенням і електронним вихідним сигналом розширився з швидкістю вибуху. Нині налічується близько десяти промислових виготовлювачівРЭМ'ов на трьох континентах і десятки тисяч таких приладів, які у лабораторіях усього світу. У 60-х роках розроблялисясверхвисоковольтние мікроскопи на дослідження товстіших зразків. Лідером цього напряму розробок бувГ.Дюпуи мови у Франції, де у 1970 був у дію прилад з який пришвидшує напругою, рівним 3,5 млн. вольт.РТМ було винайденоГ.Биннигом іГ.Рорером 1979-го у Цюріху. Цей досить простий з облаштування прилад забезпечує атомне дозвіл поверхонь. За працювати над створеннямРТМ Бінніг і Рорер (разом зРуской) отримали Нобелівську премію з фізиці.

Широке розвиток методів електронної мікроскопії нашій країні пов'язані з іменами низки учених: М. М.Буйнова, Л. М. Утевського, Ю. А.Скакова (просвітчаста мікроскопія), Б. До. Вайнштейна (>електронография), Р. У. Співака (растрова мікроскопія), І. Б. Боровського, Б. М.Васичева (рентгенівська спектроскопія) та інших. Завдяки ним електронна мікроскопія вийшла, з стін науково-дослідними інститутами і знаходить усе ширше застосовуються в заводських лабораторіях.


2.  >ПРОСВЕЧИВАЮЩАЯ ЕЛЕКТРОННАМИКРОСКОПИЯ

 

Електронний мікроскоп прилад, що дозволяє отримувати сильно збільшене зображення об'єктів, використовуючи їхнього висвітлення електрони. Електронний мікроскоп (>ЭМ) дає можливість побачити деталі, замілкі, щоб їх міг дозволити світловий (оптичний) мікроскоп. Електронний мікроскоп – одне з найважливіших приладів для фундаментальних наукових досліджень про будівлі речовини, особливо у таких областях науки, як біологія і фізика твердого тіла.

>Познакомимся з конструкцією сучасного просвітчастого електронного мікроскопа.

Малюнок 1 – Розріз, що складає основні вузли просвітчастого електронного мікроскопа [2]

1 – електронна гармата; 2 анод; 3 – котушка дляюстировки гармати; 4 – клапан гармати; 5 – 1-шаконденсорная лінза; 6 – 2-гаконденсорная лінза; 7 – котушка для нахилу пучка; 8 – >конденсор 2 діафрагми; 9 – об'єктивна лінза; 10 – блок зразка; 11 – >дифракционная діафрагма; 12 – >дифракционная лінза; 13 – проміжна лінза; 14 – 1-шапроекционная лінза; 15 – 2-гапроекционная лінза;

16 – >бинокуляр (збільшення 12); 17вакуумний блок колони; 18 – камера для 35-міліметровій котушковій плівки; 19 – екран для фокусування; 20 – камера для платівок; 21 – головний екран; 22 – іоннийсорбционний насос.

Принцип його побудови [2] загалом аналогічний принципу мікроскопа оптичного, є освітлювальна (електронна гармата),фокусирующая (лінзи) і реєструюча (екран) системи. Проте він дуже різна освіта у деталях. Наприклад, світло безперешкодно поширюється повітря, тоді як електрони легко розсіюються при взаємодії із кожним речовиною і, отже, безперешкодно можуть переміщатися лише у вакуумі. Інакше кажучи, мікроскоп вміщують у вакуумну камеру.

Розглянемо детальніше вузли мікроскопа. Система з волоски розжарення ще і прискорюють електродів називається електронної гармати (1). По суті, гармата нагадуєтриодную лампу. Потік електронів випускається розпеченій вольфрамової дротиком (катодом), збирається у пучок і пришвидшується на полі двох електродів. Перший – управляючий електрод, чи пізно це званий "циліндрВенельта", оточує катод, і нього подається напруга усунення, невеличкий негативний щодо катода потенціал на кілька сотень вольт. Наявність такого потенціалу на "циліндріВенельта" фокусується електронний пучок, який із гармати. Другий електрод – анод (2), платівка з отвором у центрі, крізь який електронний пучок потрапляє у колону мікроскопа. Між ниткою напруження (катодом) і анодом докладеноускоряющее напруга, зазвичай до 100 кВ. Зазвичай, є можливість східчасто змінювати напруга від 1 до 100 кВ.

Завдання гармати – створення стабільного потоку електронів при малоїиспускающей області катода. Чим менший площа,испускающая електрони, тим простіше одержати їх дуже тонкий паралельний пучок. І тому застосовуютьV-образние або спеціально загострені катоди.

Далі в колоні мікроскопа розміщені лінзи. Більшість сучасних електронних мікроскопів мають від чотирьох до шести лінз.Виходящий з гармати електронний пучок іде за кількаконденсорних лінз (5,6) на об'єкт.Конденсорная лінза дозволяє в межах змінювати умови висвітлення об'єкта. Зазвичайконденсорние лінзи є електромагнітні котушки, у якихтоконесущие обмотки оточені (крім вузького каналу діаметром близько двох – 4 див) серцевинами зі м'якого заліза (мал.2) [3].

При зміні струму, викликаного через котушки, змінюється фокусне відстань лінзи, як наслідок пучок розширюється чи звужується, збільшується чи зменшується площа об'єкта, освітлювана електронами.

електронний мікроскоп корекція астигматизм

Малюнок 2 – Спрощена схема магнітної електронної лінзи

Позначено геометричні розміриполюсного наконечника; штрихової лінією показаний контур, фігурує у законіАмпера.Штриховой лінією показано як і лінія магнітного потоку, яка якісно визначаєфокусирующее дію лінзи. Урнапруженість поля була в зазорі далеко від оптичної осі. Насправді обмотки лінзи мають водне охолодження, а полярний наконечник зйомний

Щоб самому отримати велике збільшення, необхідно опромінювати об'єкт потокам великий щільності.Конденсор (лінза) зазвичай висвітлює площа об'єкта, багато велику цікавій для нас при даному збільшенні. Це можуть призвести до перегріву зразка і забруднення його продуктами розкладання олійних парів.Температуру об'єкта можна знизити, зменшуючи приблизно до 1мкмоблучаемую область з допомогою другийконденсорной лінзи, яка фокусує зображення, утворене першоїконденсорной лінзою. У цьому збільшується потік електронів через досліджувану площа зразка, підвищується яскравість зображення, зразок менше забруднюється.

Зразок (об'єкт) зазвичай вміщують у спеціальнийобъектодержатель на тонкій металевій сітці діаметром 2 – 3 мм.Объектодержатель переміщається системою важелів у двохвзаимоперпендикулярних напрямах, нахиляється врізнобіч, що особливо важливо для дослідження зрізу тканин або таких дефектів кристалічною грати, як дислокації і включення.

Малюнок 3 – Конфігураціяполюсного наконечникависокоразрешающего об'єктива електронного мікроскопаSiemens-102 [4].

У цьому вдалою промислової конструкції діаметр отвори верхньогополюсного наконечника2R1=9 мм, діаметр отвори нижньогополюсного наконечника2R2=3 мммежполюсний зазорS=5 мм (R1, R2 і P.S визначено на мал.2): 1 – >объектодержатель, 2 – столик зразка, 3 – зразок, 4 – об'єктивна діафрагма, 5 – >термистори, 6 – обмотка лінзи, 7 – верхній полярний наконечник, 8 – >охлаждаемий стрижень, 9 – нижній полярний наконечник, 10 – >стигматор, 11 – канали системи охолодження, 12 – >охлаждаемая діафрагма

У колоні мікроскопа з допомогою вакуумної системи відкачування створюється щодо низька тиск, приблизно 10-5 мм рт. ст. А ще йде досить багато часу. Щоб прискорення підготовки приладу на роботу, до камери об'єктів приєднується спеціальний електронний пристрій для швидкої зміни об'єкта. У мікроскоп у своїй потрапляє

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація