المجهر الإلكتروني للمواد
يستخدم المجهر الإلكتروني حزمًا مركزة من الإلكترونات لتصوير البنية المجهرية للمواد بدقة تتجاوز بكثير دقة الضوء، ومن خلال الإشارات التي تولدها الإلكترونات، يمكن تحليل التركيب الموضعي والتركيب البلوري.
Definition
المجهر الإلكتروني للمواد هو استخدام حزم الإلكترونات لتكوين صور مكبرة للبنية المجهرية وإجراء تحليل مكاني للتركيب والتركيب البلوري، مستغلًا الطول الموجي القصير للإلكترونات للوصول إلى دقة لا يمكن تحقيقها بالضوء المرئي.
Scope
يغطي هذا الموضوع المجهر الإلكتروني النافذ والماسح للمواد: تكوين الصورة بواسطة الإلكترونات المنقولة والمتناثرة، تباين الحيود والتصوير عالي الدقة في النقل، تصوير السطح بواسطة الإلكترونات الثانوية والمتناثرة خلفيًا في المجهر الماسح، وإشارات الأشعة السينية والإلكترونات المستخدمة للتحليل المجهري للعناصر. ويتناول هذا الموضوع النطاقات الطولية التي يمكن الوصول إليها، وتحضير العينات، وكيفية دمج أنماط التصوير والتحليل.
Core questions
- كيف تشكل المجاهر الإلكترونية النافذة والماسحة الصور؟
- لماذا تحقق الإلكترونات دقة أعلى بكثير من الضوء؟
- كيف يتم قياس التركيب الموضعي بواسطة المجهر الإلكتروني؟
- كيف يتم دمج أنماط التصوير والتحليل لتوصيف البنية المجهرية؟
Key concepts
- المجهر الإلكتروني النافذ
- المجهر الإلكتروني الماسح
- التباين بالحيود والطور
- الإلكترونات الثانوية والمتناثرة خلفيًا
- تحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة
- مطيافية فقدان طاقة الإلكترونات
Key theories
- تكوين الصورة في المجهر الإلكتروني
- في المجهر النافذ، تشكل الإلكترونات التي تمر عبر عينة رقيقة صورًا عن طريق الحيود وتباين الطور الذي يكشف عن العيوب والأعمدة الذرية؛ في المجهر الماسح، تولد حزمة مركزة يتم مسحها فوق السطح إلكترونات ثانوية ومتناثرة خلفيًا ترسم التضاريس والتركيب.
- التحليل المجهري من إشارات حزمة العينة
- تثير حزمة الإلكترونات أشعة سينية مميزة وإشارات فقدان طاقة تحدد طاقاتها العناصر الموجودة، لذا يمكن للمجهر رسم خرائط التركيب بنفس المقياس الدقيق لصورها، وربط البنية بالكيمياء نقطة بنقطة.
Mechanisms
تتفاعل الإلكترونات المعجلة، ذات الأطوال الموجية الأقصر بكثير من الضوء، مع العينة عن طريق التشتت المرن الذي يعطي تباينًا في الحيود والصورة، وعن طريق التشتت غير المرن الذي يولد الأشعة السينية وإشارات فقدان الطاقة؛ يؤدي جمع هذه الإشارات إلى إنتاج صور وخرائط تركيب بدقة تتراوح من النانومتر إلى الدقة الذرية.
Clinical relevance
يكشف المجهر الإلكتروني عن البنية المجهرية — الحبيبات، الأطوار، الواجهات، والعيوب — التي تتحكم في خصائص المواد، ويحدد تركيب وتوزيع الأطوار والملوثات، ويشخص عمليات المعالجة والفشل، مما يجعله أداة مركزية في كيمياء وهندسة المواد.
History
بنى روسكا أول مجهر إلكتروني نافذ في أوائل ثلاثينيات القرن الماضي، متجاوزًا دقة المجهر الضوئي، وطور فون أردين المجهر الإلكتروني الماسح بعد ذلك بوقت قصير. وقد أدت عقود من التحسين في العدسات، والكواشف، وتصحيح الانحرافات إلى تحقيق تصوير روتيني بدقة ذرية وتحليل مجهري دقيق في توصيف المواد.
Key figures
- Ernst Ruska
- Manfred von Ardenne
Related topics
Seminal works
- williams2009
- goldstein2018
Frequently asked questions
- لماذا يمكن للمجاهر الإلكترونية أن ترى أصغر بكثير من المجاهر الضوئية؟
- تقتصر الدقة على الطول الموجي للمسبار. تمتلك الإلكترونات المعجلة إلى طاقة عالية أطوالًا موجية أقصر بآلاف المرات من الضوء المرئي، لذا يمكن للمجهر الإلكتروني أن يميز الميزات وصولًا إلى مقياس النانومتر أو حتى المقياس الذري الذي لا يستطيع الضوء رؤيته.
- كيف يحدد المجهر الإلكتروني العناصر الموجودة؟
- عندما تصطدم الحزمة بالعينة، فإنها تطرد إلكترونات الغلاف الداخلي، وتصدر الذرات أشعة سينية بطاقات مميزة لكل عنصر. يتيح اكتشاف هذه الأشعة السينية، غالبًا جنبًا إلى جنب مع إشارات فقدان طاقة الإلكترونات، للمجهر تحديد ورسم خرائط العناصر بنفس المقياس الدقيق لصورها.