میکروسکوپ الکترونی مواد
میکروسکوپ الکترونی از پرتوهای متمرکز الکترون برای تصویربرداری از ریزساختار مواد، با وضوحی بسیار فراتر از میکروسکوپ نوری، و همچنین برای تجزیه و تحلیل ترکیب موضعی و بلورنگاری از طریق سیگنالهای تولید شده توسط الکترونها استفاده میکند.
Definition
میکروسکوپ الکترونی مواد، استفاده از پرتوهای الکترونی برای تشکیل تصاویر بزرگنمایی شده از ریزساختار و انجام تجزیه و تحلیل موضعی ترکیب و ساختار بلوری است که با بهرهگیری از طول موج کوتاه الکترونها به وضوحی دست مییابد که با نور مرئی قابل دستیابی نیست.
Scope
این موضوع میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی مواد را پوشش میدهد: تشکیل تصویر توسط الکترونهای عبوری و پراکنده، کنتراست پراش و تصویربرداری با وضوح بالا در میکروسکوپ عبوری، تصویربرداری سطحی توسط الکترونهای ثانویه و برگشتی در میکروسکوپ روبشی، و سیگنالهای اشعه ایکس و الکترون مورد استفاده برای ریزتجزیه عنصری. همچنین به مقیاسهای طولی قابل دسترسی، آمادهسازی نمونه، و نحوه ترکیب حالتهای تصویربرداری و تحلیلی میپردازد.
Core questions
- میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی چگونه تصاویر را تشکیل میدهند؟
- چرا الکترونها وضوح بسیار بالاتری نسبت به نور دارند؟
- ترکیب موضعی چگونه با میکروسکوپ الکترونی اندازهگیری میشود؟
- حالتهای تصویربرداری و تحلیلی چگونه برای مشخصهیابی ریزساختار ترکیب میشوند؟
Key concepts
- میکروسکوپ الکترونی عبوری
- میکروسکوپ الکترونی روبشی
- کنتراست پراش و فاز
- الکترونهای ثانویه و برگشتی
- تجزیه و تحلیل اشعه ایکس پراکنده انرژی
- طیفسنجی اتلاف انرژی الکترون
Key theories
- تشکیل تصویر در میکروسکوپ الکترونی
- در میکروسکوپ عبوری، الکترونهایی که از یک نمونه نازک عبور میکنند، تصاویری را با کنتراست پراش و فاز تشکیل میدهند که عیوب و ستونهای اتمی را آشکار میسازند؛ در میکروسکوپ روبشی، یک پرتو متمرکز که روی سطح اسکن میشود، الکترونهای ثانویه و برگشتی تولید میکند که توپوگرافی و ترکیب را نقشهبرداری میکنند.
- ریزتجزیه از سیگنالهای پرتو-نمونه
- پرتو الکترونی اشعه ایکس مشخصه و سیگنالهای اتلاف انرژی را تحریک میکند که انرژیهای آنها عناصر موجود را شناسایی میکند، بنابراین یک میکروسکوپ میتواند ترکیب را در همان مقیاس دقیق تصاویر خود نقشهبرداری کند و ساختار را به شیمی نقطه به نقطه مرتبط سازد.
Mechanisms
الکترونهای شتابدار، با طول موجهایی بسیار کوتاهتر از نور، با نمونه از طریق پراکندگی کشسان که کنتراست پراش و تصویر را ایجاد میکند و از طریق پراکندگی ناکشسان که اشعه ایکس و سیگنالهای اتلاف انرژی را تولید میکند، برهمکنش میکنند؛ جمعآوری این سیگنالها تصاویر و نقشههای ترکیبی را در وضوح نانومتری تا اتمی تولید میکند.
Clinical relevance
میکروسکوپ الکترونی ریزساختار — دانهها، فازها، فصل مشترکها و عیوب — را که خواص مواد را کنترل میکند، آشکار میسازد، ترکیب و توزیع فازها و آلایندهها را شناسایی میکند، و فرآیندها و شکستها را تشخیص میدهد، که آن را به ابزاری محوری در شیمی و مهندسی مواد تبدیل میکند.
History
روسکا اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری را در اوایل دهه ۱۹۳۰ ساخت که از وضوح میکروسکوپ نوری فراتر رفت، و فون آردن کمی بعد میکروسکوپ الکترونی روبشی را توسعه داد. دههها بهبود در عدسیها، آشکارسازها و تصحیح انحراف از آن زمان تصویربرداری با وضوح اتمی و ریزتجزیه در مقیاس کوچک را به مشخصهیابی مواد آورده است.
Key figures
- Ernst Ruska
- Manfred von Ardenne
Related topics
Seminal works
- williams2009
- goldstein2018
Frequently asked questions
- چرا میکروسکوپهای الکترونی میتوانند اجسام بسیار کوچکتری را نسبت به میکروسکوپهای نوری ببینند؟
- وضوح توسط طول موج پروب محدود میشود. الکترونهای شتابدار با انرژی بالا دارای طول موجهایی هزاران بار کوتاهتر از نور مرئی هستند، بنابراین یک میکروسکوپ الکترونی میتواند ویژگیهایی را تا مقیاس نانومتری یا حتی اتمی که نور نمیتواند، تفکیک کند.
- یک میکروسکوپ الکترونی چگونه تشخیص میدهد که چه عناصری وجود دارند؟
- هنگامی که پرتو به نمونه برخورد میکند، الکترونهای پوسته داخلی را خارج میکند و اتمها اشعه ایکس را با انرژیهای مشخصه هر عنصر ساطع میکنند. تشخیص این اشعه ایکس، اغلب همراه با سیگنالهای اتلاف انرژی الکترون، به میکروسکوپ اجازه میدهد تا عناصر را در همان مقیاس دقیق تصاویر خود شناسایی و نقشهبرداری کند.