Как работает электронный микроскоп. Электронный микроскоп: принцип работы, виды и применение

Как устроен электронный микроскоп. Какие бывают виды электронных микроскопов. Где применяется электронная микроскопия. Какие преимущества дает использование электронных микроскопов.

Принцип работы электронного микроскопа

Электронный микроскоп — это прибор, который использует пучок электронов вместо света для получения увеличенного изображения объекта. Основные компоненты электронного микроскопа включают:

• Источник электронов (электронная пушка)
• Электромагнитные линзы для фокусировки электронного пучка
• Вакуумная камера для образца
• Детекторы для регистрации сигнала
• Система формирования изображения

Как работает электронный микроскоп? Электроны испускаются источником и ускоряются в электрическом поле. Затем пучок электронов фокусируется электромагнитными линзами и направляется на образец. При взаимодействии электронов с веществом образца возникают различные сигналы, которые регистрируются детекторами. На основе этих сигналов формируется увеличенное изображение структуры образца.

Виды электронных микроскопов

Существует два основных типа электронных микроскопов:

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ)

В ПЭМ электронный пучок проходит через ультратонкий образец. Детектор регистрирует прошедшие через образец электроны. Это позволяет получать информацию о внутренней структуре образца с разрешением до отдельных атомов.

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)

В СЭМ сфокусированный электронный пучок сканирует поверхность образца. Детекторы регистрируют вторичные и отраженные электроны. Это позволяет получать трехмерное изображение поверхности с высоким разрешением.

Преимущества электронной микроскопии

Каковы основные преимущества электронных микроскопов по сравнению с оптическими?

• Значительно более высокое разрешение (до 0.1 нм)
• Большая глубина резкости
• Возможность получения 3D-изображений поверхности
• Анализ химического состава образца
• Исследование кристаллической структуры

Благодаря этим преимуществам электронные микроскопы позволяют исследовать объекты на наноуровне и получать уникальную информацию о структуре и свойствах материалов.

Подготовка образцов для электронной микроскопии

Какие требования предъявляются к образцам для электронной микроскопии? Основные правила подготовки:

• Образцы должны быть очень тонкими (до 100 нм для ПЭМ)
• Поверхность образцов должна быть очищена от загрязнений
• Непроводящие образцы покрываются тонким слоем металла
• Биологические образцы фиксируются и обезвоживаются
• Жидкие образцы замораживаются (криомикроскопия)

Правильная подготовка образцов критически важна для получения качественных изображений в электронном микроскопе. Часто применяются специальные методы пробоподготовки.

Применение электронной микроскопии в науке

Где используются электронные микроскопы в научных исследованиях?

• Материаловедение — исследование структуры и дефектов материалов
• Нанотехнологии — изучение наноструктур и наноматериалов
• Биология — визуализация клеточных структур и макромолекул
• Медицина — диагностика заболеваний на клеточном уровне
• Химия — анализ катализаторов и реакционных центров
• Геология — исследование минералов и горных пород

Электронная микроскопия позволяет получать уникальные научные данные в самых разных областях, от физики до биологии.

Промышленное применение электронных микроскопов

Как электронные микроскопы используются в промышленности?

• Контроль качества в микроэлектронике
• Анализ дефектов в металлургии
• Разработка новых материалов
• Исследование катализаторов в химической промышленности
• Криминалистическая экспертиза
• Контроль фармацевтического производства

Промышленное применение электронных микроскопов позволяет повысить качество продукции и оптимизировать технологические процессы в различных отраслях.

Современные тенденции в электронной микроскопии

Какие новые технологии развиваются в области электронной микроскопии?

• Криоэлектронная микроскопия для исследования биологических образцов
• In-situ микроскопия для наблюдения динамических процессов
• Сверхвысокое разрешение (менее 0.05 нм)
• Трехмерная электронная томография
• Комбинация электронной микроскопии со спектроскопическими методами
• Автоматизация и применение искусственного интеллекта

Развитие новых технологий постоянно расширяет возможности электронной микроскопии и открывает новые области применения.

Ограничения электронной микроскопии

Несмотря на множество преимуществ, электронная микроскопия имеет ряд ограничений:

• Высокая стоимость оборудования
• Сложность подготовки образцов
• Невозможность исследования живых объектов
• Необходимость работы в вакууме
• Возможное повреждение образца электронным пучком
• Сложность интерпретации некоторых изображений

Понимание этих ограничений важно для правильного выбора методов исследования и интерпретации результатов.

Как работает электронный микроскоп? Разбор

Давайте начнем с маленькой загадки — как вы думаете, что это такое?

Ну а пока представьте, что вы хотите рассмотреть что-то очень маленькое, то что невозможно увидеть просто “присмотревшись повнимательнее”? Или вы хотите увидеть самые мелкие детали чего-то? Что вы используете?

Первое, что приходит в голову — использовать лупу или сразу взяться за микроскоп!

Но что делать, если вы хотите рассмотреть саму структуру чего-то, например, увидеть транзистор в процессоре?

Что вы сделаете? Просто переключитесь в микроскопе на линзу с большим увеличением? Сработает ли это?

Сегодня мы с вами покроем множество очень интересных тем:

• посмотрим на настоящий электронный микроскоп,
• поймем — зачем он вообще нужен,
• разберемся как увеличить что-то в сотни тысяч раз с помощью электронов и расскажем как человек научился видеть отдельные атомы!

Все как вы любите! Подробно и понятно…

Ну и еще сразу вам тут затравочку — сегодня мы посмотрим на Droider в настоящий электронный микроскоп! И нет — это не кликбейт!

Наверняка кто-то из вас в детстве по примеру Шерлока Холмса с помощью обычной линзы разглядывал все вокруг! Ведь это так круто видеть что-то в увеличении — создается ощущение, что открывается абсолютно новый, неизведанный маленький мир.

Так вот, если говорить простыми словами, то по принципу обычной увеличительной линзы и работает обычный оптический микроскоп!

Конечно, его устройство сильно сложнее — микроскоп это комбинация линз с заранее подобранными оптическими параметрами, которые собраны в правильной комбинации. Однако, сам принцип работы остается тем же.

Свет в видимом диапазоне длин волн либо проходит сквозь объект, либо отражается от поверхности, и, проходя, через систему увеличивающих и фокусирующих линз попадает сначала в окуляр и потом к нам в глаз.

Современные оптические микроскопы — это действительно массивные и сложные устройства, состоящие из десятков различных линз и зеркал, которые собраны в особом порядке, чтобы дать человеку возможность смотреть на объекты разного типа и с разным увеличением!

И линзы бывают разные. От линз с 2-3 кратным увеличением до довольно массивных линз со способностью увеличивать объекты в 100 раз. Только посмотрите на разрез линзы от компании Цайз с 50кратным увеличением! А комбинацией с правильным окуляром можно добиться увеличения даже в две тысячи раз.

Проблема

И тут мы можем задать вопрос — в чем же тогда проблема вообще? Ведь можно просто до безумия искривлять линзы и создавать сложные системы, которые будут увеличивать даже в десятки тысяч раз. Таким образом мы и сможем посмотреть на самые крошечные детали чего угодно! Но все как обычно очень непросто и связано это с физическими ограничениями видимого света!

Ведь видимый свет это волна с определенной длинной. Оптический микроскоп использует его оптический спектр, то есть примерно от 800 до 400 нанометров.

А физика, бессердечная такая сволочь, к сожалению не позволяет нам, различать объекты, которые меньше примерно половины длины волны. То есть с помощью обычного оптического микроскопа, мы не сможем различить ничего что мельче примерно 200 нанометров.

Это ограничение получило название в честь Немецкого ученого Эрнста Аббе, которое так и называется — Дифракционный предел Аббе. И он позволяет получить значение минимального разрешения не только для видимого света, но и для любой другой электромагнитной волны. Вы ведь помните что свет — это тоже электромагнитная волна?

Внимательный наш читатель вспомнит, что эту же формулу мы показывали вам в ролике про экстремальную ультрафиолетовую литографию, когда говорили об ограничении разрешения для глубокого ультрафиолета. Так вот тут тоже самое.

Современные микроскопы со специальными линзами, конечно, умеют смотреть на маленькие объекты и позволяет, например, увидеть живые клетки или даже бактерии, но этого все равно не хватает, например, чтобы увидеть вирусы — тот же самый SARS-COV-2.

​​Решение проблемы

И как же обойти эту проблему? Да и вообще возможно ли ее обойти? Оказалось? что да. В целом есть два пути.

STED микроскопия

Первый путь, о котором мы вам тут расскажем — это изобретение за которое совсем недавно, в 2014 году, была вручена Нобелевская премия по химии.

Это так называемая STED или микроскопия на основе подавления спонтанного испускания. Именно она позволяет преодолеть дифракционный предел оптического микроскопа.

Правда у технологии есть ограничение — совсем не все материалы можно рассмотреть в такой микроскоп. Но она позволила видеть различные сложные белковые, да и другие органические соединения!

Это связано с тем, что необходимо смотреть на материалы, которые могут переходить в особое состояние под воздействием лазерного излучения. То есть в состояние, когда они сами начинают испускать свет!

 

Как же это работает?

Тут используется два лазера, один из которых называется возбуждающий лазер, и второй, специально подобранный по параметрам длины волны. Он называется охлаждающим лазером.

Этот охлаждающий лазер компенсирует по периметру возбуждение от первого лазера и в результате сочетания этих волн создается очень маленькая область, которая начинает светиться. Появилась возможность различать объекты величиной уже около 30 нм, что уже позволяет видеть вирусы, например! А это почти в 7 раз меньше, чем у обычного микроскопа! Все равно, что с Земли рассмотреть футбольный мяч на Луне! Вот такой вот элегантный метод обмануть физику!

Электронный микроскоп

Ну хорошо. Теперь мы разобрались с тем, как можно преодолеть физический барьер в оптической микроскопии. Какой же второй путь обхода барьера? Да и что делать, если мы хотим увидеть неорганические вещества или вообще что-то меньше 30 нанометров?

И тут мы опять возвращаемся к нашей формуле, которая говорит нам о том, что максимальное разрешение — это половина длины электромагнитной волны. И ученые подумали — а зачем использовать видимый спектр, когда можно взять что-то с очень короткой длиной волны и пошли смотреть, что же там есть в коротковолновом спектре!

В общем, они решили не мелочиться и использовать сразу пучок электронов. Ведь длина волны электронов, ускоренных в электрическом поле равна примерно 0,4 Ангстрем. Или 0.04 нанометра! Это в 10 тысяч раз меньше, чем у видимого света! Кстати, если вы не знали, то размер атома водорода как раз около 1 Ангстрема. Итак, давайте разберемся что же такого крутого в электронных микроскопах!

Источник электронов и линзы

Сам концепт и первый прототип такого микроскопа был представлен, вы не поверите, еще в 1932 году, в Германии, и выглядел он вот так!

В целом, принцип работы с тех пор остался почти неизменный, хотя конечно его использование стало намного более User Friendly.

Но как же он работает?

Если вы смотрели наше крутое видео о магии создания процессора или читали материал, то там мы рассказывали, что для испарения некоторых материалов используется сфокусированный луч электронов и источником этих электронов служит вольфрамовая нить. В электронном микроскопе все примерно также. Зачастую вольфрам служит источником электронов. Тонкая нить нагревается до высоких температур и начинает испускать электроны в большом количестве.

А дальше начинается самое интересное. Эти электроны надо ускорить и сфокусировать. Да — сфокусировать именно так, как вы фиксируете свет в вашем объективе или обычном оптическом микроскопе. Только в этом случае воспользоваться стеклянными линзами просто не получится — весь электронный пучок полностью поглотится на самой первой линзе. В итоге для этого надо использовать электростатические линзы. Фактически, это такие электроды специальной формы, которые создает определенное электромагнитное поле. Это и позволяет фокусировать луч электронов, а также ускорять их до больших энергий!

Так же как и свет, падающий на поверхность материала в оптическом микрокопе, электронный луч дает нам информацию и позволяет фактически увидеть образец.

СЭМ

Тут стоит сказать, что в целом существует два основных типа электронных микроскопов, которые очень сильно отличаются.

Первый — это так называемый сканирующий электронный микроскоп, или просто СЭМ.

В нем сфокусированный пучок электронов попадает на поверхность образца практически любого размера, и происходит магия физики, из-за которой одни электроны выбивают другие электроны из атомов материала, на который мы смотрим.

Эти новые электроны называются вторичными и обладают относительно маленькими энергиями, что и позволяет специальному детектору их легко улавливать. Появление этих вторичных электронов происходит очень локально и это позволяет повысить точность получение изображения.

Дальше сфокусированный пучок начинает сканировать поверхность материала и в зависимости от рельефа поверхности на детектор попадает разное количество вторичных электронов. Вот так и получается картинка.

Именно поэтому все изображения с электронного микроскопа черно-белые. То есть фактически — это просто разная интенсивность в разных участках снимка. А любые цветные изображения с электронного микроскопа — это просто раскрашенные картинки.

СЭМы — самые часто используемые микроскопы на производствах процессоров, так как они позволяют быстро посмотреть на качество поверхности, да и вообще их используют для контроля на каждом этапе изготовления.

ПЭМ

И перед тем, как мы посмотрим на Droider в микроскоп, надо рассказать про еще один незаменимый инструмент в руках ученых и инженеров!

Это просвечивающий электронный микроскоп или ПЭМ! Это огромная труба, занимающая одну, а то и две комнаты. А стоит он около миллиона долларов. Но на самом деле интересно не то сколько он стоит, тут понятно что такая техника очень дорогая.

Интересно то, что для его работы строят специальные комнаты, с огромными бетонными подушками, уходящими на много метров под землю. Они нужны чтобы гасить любые вибрации и возмущения — вот настолько чувствительно это оборудование. Если бы не такие подушки, то любое изображение было бы смазанным из-за того, что кто-то хлопнул дверью в другом конце здания.

 

Его отличие от СЭМа в том, что он имеет гораздо большее разрешение! И связано это с особенностями самого образца и пучка электронов.

Если в СЭМе мы регистрировали новые электроны, которые вылетели из нашего образца под воздействием электронного пучка, то в ПЭМе мы смотрим на то как меняется наш исходный пучок электронов, который пролетел сквозь образец.

Суть в том, что пролетая через образец и взаимодействуя с атомами материала электроны меняются, а дальше попадают в детектор, который уже и говорит нам о том, как именно поменялся сам исходный пучок электронов.

Если вы внимательно слушали наше объяснение, то вы можете спросить, как же так — ведь электроны просто рассеются в образце и мы ничего не увидим.

И вы будете абсолютно правы! Ведь для ПЭМа нужно специально подготавливать образцы — они должны быть очень тонкими. До 100 нанометров, а вообще чем тоньше, тем лучше. В идеале всего десять-двадцать нанометров.

Для этого используются сложные методы подготовки образцов, например специальный луч ионов, который как тонкий лазер вырезает маленький кусок образца, который потом исследуют уже в микроскопе. Это и позволяет с помощью ПЭМа ученым видеть даже отдельные атомы!

Вот посмотрите: каждая точка это атом Палладия, видно даже то насколько ровная кристаллическая решетка у материала! Обратите внимание на шкалу в левом нижнем углу, всего один нанометр. И мы уже сейчас можем такое видеть, потрясающе!

Droider в электронном микроскопе

Теперь когда мы с вами разобрались с тем, как работает электронный микроскоп — настало время посмотреть на надпись Droider в настоящий электронный микроскоп, а точнее в СЭМ. Она была вырезана лазером на тонком листе нержавеющей стали. Более того были сделаны много надписей от большой, до надписи размером несколько микрометров.

Тут вы видите загрузку этой пластины в микроскоп!

А вот сама пластина в микроскопе уже. Кстати на всех этих картинках обращайте внимание на шкалу масштаба и на цифры в у параметра Mag, то есть увеличение! Вот уже можно рассмотреть надпись Droider с увеличением в 55 раз.

Так едем вниз к надписи поменьше.

Интересно, а какой толщины буква i в этой надписи — давайте глянем. Всего 100 микрометров, чуть толще человеческого волоса.

Так? но есть надпись и еще меньше — едем еще ниже и смотрим внимательнее.

Тут уже видно что увеличение 200 раз, но сама надпись уже плохо различима. Но это проблема не микроскопа, а лазера которым вырезалась надпись. Он просто не может такую мелкую надпись сделать! Ведь тут буква i уже 40 микрометров.

Но раз мы уткнулись в ограничения лазера, то давайте вернемся обратно, к самой большой надписи и посмотрим на структуру самой стали. Итак вот самая большая i. Пол миллиметра в толщине. Приближаем к нижнему краю.

Так увеличение уже почти полторы тысячи раз. Самое время посмотреть на то какой толщины след от лазера. Всего 40 микрометров.

Едем еще ближе и вот увеличение уже 6300 раз. Вот и ответ на наш вопрос из начала видео — это структура обработанной и необработанной стали!

Давайте посмотрим еще ближе теперь увеличение уже 40 тысяч раз. Мы уже в наномире! Смотрите какая красота — это сталь, по которой прошелся лазерный луч, когда вырезал букву i в слове Droider!

Но еще интересно глянуть, как выглядела сталь до обработки — что ж давайте глянем с таким же увеличением. Разница огромная!

Ну и наконец, давайте глянем на обработанную сталь с огромным увеличением в 300 тысяч раз. Ширина этого канала от лазера всего 300 нанометров!

Выводы

Электронный микроскоп — незаменимый инструмент в руках ученых и инженеров. Он не просто позволяет посмотреть на что-то маленькое — он позволяет увидеть саму структуру материалов, вплоть до атомов! Кроме того эти микроскопы позволяют смотреть не только на структуру, но и определять химический состав материала!

Это все очень полезно, когда например инженеры на производстве микропроцессоров или экранов пытаются понять, где и какой материал они осадили, как выглядят их транзисторы, много ли дефектов, да и вообще выявить брак.

Конечно, мы тут почти не сказали о том, как подготавливаются образцы для изучения, и например о том, что все такие микроскопы работают в глубоком вакууме, для получения которого используют специальные насосы, которые вращаются со скоростью в 50 тысяч оборотов в минуту. В общем, нам есть, что обсудить и рассказать…

Post Views: 5 841

Электронная микроскопия — метод, виды и особенности

Электронная микроскопия – один из методов исследования микроструктуры твердых тел, их электрических и магнитных полей, локального состава с применением совокупности электронно-зондовых методов. Данная технология была запатентована в 1931 году Р. Руденбергом, который создал первый в мире электронный микроскоп. Сегодня – это один из наиболее эффективных и передовых методов исследования, который широко используется на предприятиях, в научных, учебных лабораториях.

Метод электронной микроскопии

Данная технология стала основой в создании электронных микроскопов – приборов, в которых для построения изображения используется не световой луч, а поток электронов в вакуумной среде.

Роль оптических линз, которые используются в обычных микроскопах, здесь отведена электронному полю. Именно оно и фокусирует электроны. Электромагнитное поле формируется электромагнитными катушками.

Изображение передается на флюоресцирующий экран, где его можно сфотографировать и рассмотреть детально. К изучаемым объектам предъявляется ряд требований:

1. Необходима предварительная фиксация и обработка. Объекты в процессе работы будут находиться в глубоком вакууме.
2. Маленькая толщина. Поток электронов будет сильно поглощаться объектом. И большую толщину он не «пробьет». В качестве объектов используются срезы, толщиной от 20 до 50 нм. Для удобства работы их размещают на тонкие прозрачные пленки.
3. Равномерность слоя. Перед началом исследования проводится механическая обработка. Она способна обеспечить постоянную толщину образца.

Разрешающая способность у электронных микроскопов значительно выше, чем у оптических. Величина 0,15 нм (15 А) позволяет получать увеличение в миллионы раз, что идеально подходит для изучения микроскопических объектов.

Основные особенности

Суть метода электронной микроскопии в том, что через исследуемый образец подается электронный пучок разной энергии. Под воздействием электромагнитного поля он фокусируется на поверхности в виде пятна, в диаметре не превышающего 5 нм. Это пятно и выполняет «изучение» объекта. Соприкасаясь с поверхностью, электронный пучок частично проникает в нее, вытесняя не только электроны, но и фотоны. Они попадают на лучевую трубку, где и из них и формируется изображение.

В сравнении со световыми (оптическими) микроскопами, электронные обладают преимуществами:

1. Можно получать очень большое увеличение (вплоть до 300000) с сохранением высокого разрешения, вплоть до атомов. Такой результат достигается при прямом наблюдении объекта. То есть не требуется дополнительных увеличений.
2. Позволяют изучать химический состав образца по точкам. Используется спектральный анализ рентгеновского излучения, которое возбуждается электромагнитным потоком.
3. Пользователь получает прямую электронно-оптическую информацию об исследуемом объекте. При необходимости ее можно будет дополнить сопутствующими данными, основываясь на электронной дифракции электронов с веществом. Как пример: при помощи дифракционного контраста изображений определяются кристаллографические показатели.
4. Обеспечивает возможность дополнительного воздействия на объект в ходе исследования. Его можно нагревать, облучать, деформировать, намагничивать. Наблюдение за процессами будет динамическим. Есть возможность фото- и видеофиксации происходящего. Качество изображения будет достаточно высоким.
5. Есть возможность наблюдать за рельефом поверхности, анализируя катодолюминесценцию. Такую возможность предоставляет электронная растровая разновидность микроскопии.

Виды электронной микроскопии

Выделяют 2 основных вида электронной микроскопии:

1. Просвечивающая или трансмиссионная – ПЭМ.
2. Сканирующая или растровая – СЭМ.

Просвечивающая электронная микроскопия

В микроскопах, работающих по этой технологии на объект, воздействует пучок ускоренных электронов, обладающих энергией от 50 до 200 кэВ. Те электроны, которые образец не пропустит, будут отклоняться на небольшой угол. И они, и те, которые пройдут через исследуемый объект с незначительными энергетическими потерями, попадают на магнитные линзы. В результате на фотопленке или люминесцентном экране формируется изображение внутренней структуры. Хорошие результаты дает при исследовании ультратонких образцов – менее 0,1 мкм в толщину.

При работе с ПЭМ одна из наиболее важных задач – различать природу контрастов:

• Абсорбционный. Результат неупругого рассеивания электронов, которые проходят через образец. Более плотные элементы будет выделяться темным на общем белом фоне. Если состав образца однородный, контрастировать будут участки разной толщины. Применяется при исследовании микрочастиц на аморфной пленке.
• Дифракционный. Формируется при упругом рассеивании электронов, которые проходят через исследуемый образец на неподвижных и стандартно размещенных атомах кристаллической решетки. Подходит для определения кристаллической структуры и размеров решетки.
• Амплитудный. Контраст такого типа образуется в результате выделения одного конкретного рефлекса из общей дифракционной картины. Его изображение передается на оптическую ось. При этом прямой пучок окажется на экране светлым, а тот, который отклонился (дифрагированный) – темным. Неоднородности укажут на дефекты кристаллической решетки. Применяется такой метод исследования для определения несовершенства кристаллической решетки, ее природы и свойств.
• Фазовый. Образуется при многопучковой электронной дифракции как результат уменьшения или увеличения амплитуды волн с разным сдвигом по фазе. Позволяет определять ориентацию кристаллических решеток разных фаз образца, дефекты решеток.

Одна из разновидностей ПЭМ – просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (ВРЭМ). Формируется в случае, когда пучок электронов падает параллельно оси кристаллов в условиях фазового контраста. Позволяет диагностировать даже мельчайшие неоднородности кристаллической решетки.

Сканирующая электронная микроскопия

Сканирующей электронной микроскопией (СЭМ) получают изображения поверхности исследуемого образца с высокой разрешающей способностью. Получают трехмерные картинки, которые будут удобными в процессе изучения структуры. Дополнительно можно использовать методики EDX, WDX, чтобы получить информацию о химическом составе околоповерхностных слоев.

В оборудовании сфокусированный электронный пучок средней энергии сканирует образец. Предусмотрено несколько режимов работы:

1. Режим отраженных электронов.
2. Режим вторичных электронов.
3. Режим катодолюминиценции и пр.

Эти методики позволяют не только изучать свойства поверхности, но и получать наглядную информацию о структурах, расположенных на несколько микрон ниже верхнего слоя.

СЭМ может работать только с образами, которые можно погружать в вакуум – твердыми. Жидкие среды предварительно подвергают криозаморозке. Форма и размеры образца ограничиваются только размерами рабочей камеры микроскопа. Эффективность исследования можно повысить путем напыления слоя токопроводящего материала.

Возможности

Технология электронной микроскопии постоянно развивается:

1. совершенствуются способы подготовки образцов;
2. разрабатываются методики для получения более качественной и широкой информации;
3. улучшается электронная оптика;
4. повышается чувствительность методов анализа применением спектрометрических систем;
5. разрабатываются методики компьютерной обработки изображений с целью получения более широкой информации о структуре;
6. тестируются методы компьютеризации, автоматизации путем подключения к микроскопу дополнительной аппаратуры и пр.

Благодаря последним наработкам метод электронной микроскопии используют уже и при работах с влажными образцами, исключая нарушение их структуры и локального состава. Для этого применяется низкотемпературное замещение воды, сверхбыстрое замораживание в среде хладагента, прижим к металлу, который охлаждается жидким азотом и пр. Существенно возможности метода расширило использование компьютерной техники, в частности математическая обработка электронных изображений. Теперь изображения можно запоминать, корректировать контрастность, добавлять оттенки цветов, выделять микроструктуры, убирать шумы, выделять границы исследуемых участков и пр.

Области применения

Метод электронной микроскопии используют для изучения поверхности объектов, ультратонких срезов тканей, микробов. С его помощью определяют строение жгутиков, вирусов и пр. Оборудование, основанное на этой технологии, широко используется в различных научных и производственных отраслях:

1. Полупроводники, хранение данных. Выполняется анализ дефектов, трехмерная метрология, определяются неисправности, редактируются рабочие схемы.
2. Биология и медицина. Электронные микроскопы применяют в криобиологии, электронной и клеточной томографии, вирусологии, стекловании. С их помощью определяют локализацию белков, анализируют частички, выполняют фармацевтический контроль качества, получают трехмерные изображения тканей.
3. Промышленности. Электронные микроскопы позволяют снимать плоские и трехмерные микрохарактеристики, параметры частиц, проводить динамические эксперименты с материалами, получения изображения высокого разрешения. Они применяются в химической, нефтехимической горнодобывающей отрасли, микротехнологии, судебной медицине и пр.
4. Научно-исследовательские лаборатории. Электронная микроскопия позволяет делать квалификацию материалов, создавать нанопрототипы, исследовать микроструктуры металлов, подбирать материалы и образцы. Микроскопы также применяются для тестирования и снятия характеристик.

Главная задача – подобрать микроскоп, работающий электронным методом под особенности предстоящих работ. В каталоге компании «Sernia Инжиниринг» можно подобрать подходящее оборудование для любой научно-исследовательской и производственной задачи. Приборы поставляются по Москве, Санкт-Петербургу и в другие регионы РФ. Все они имеют сертификаты соответствия, на них действуют гарантии. Узнать актуальные цены, условия сотрудничества, получить консультации и помощь в выборе можно у менеджеров компании. Свяжитесь с ними по телефону или через онлайн-форму.

А.С.Илюшин, А.П.Орешко. Введение в дифракционный структурный анализ. М.: физический факультет МГУ, 2008

Что такое электронные микроскопы?

Что такое электронные микроскопы?

Что такое электронные микроскопы?

Электронные микроскопы представляют собой научные приборы, в которых используется пучок высокоэнергетических электронов для исследования объектов на очень тонкая шкала. Это обследование может дать следующую информацию:

Топография

Поверхностные характеристики объекта или «то, как он выглядит», его текстура; прямая связь между этими характеристиками и материалами свойства (твердость, отражательная способность. .. и т.д.)

Морфология

Форма и размер частиц, составляющих объект; прямая связь между этими структурами и свойствами материалов (пластичность, прочность, реактивность… и т.д.)

Состав

Элементы и соединения, из которых состоит объект и относительное их количество; прямая связь между состав и свойства материалов (температура плавления, реакционная способность, твердость… и т.д.)

Кристаллографическая информация

Как атомы расположены в объекте; прямое отношение между этими схемами и свойствами материалов (проводимость, электрические свойства, прочность и т. д.)

---

Откуда появились электронные микроскопы?

Электронные микроскопы

были разработаны из-за ограничений световых микроскопов, которые ограничены физикой света до 500-кратного или 1000-кратного увеличения и разрешения 0,2 микрометра. В начале 1930-х годов этот теоретический предел был достигнут и было научное желание увидеть мелкие детали интерьера структуры органических клеток (ядра, митохондрии и т. д.). Этот требовалось увеличение в 10 000 раз плюс, что было просто невозможно с помощью световых микроскопов.
Трансмиссионный электронный микроскоп (ПЭМ) был первым типом электронного микроскопа, который будет разработан и точно смоделирован на светопропускающем микроскопе, за исключением того, что сфокусированный луч электронов используется вместо света, чтобы «видеть сквозь» образец. Он был разработан Максом Кноллем и Эрнстом Руска в Германия в 1931.
Первый сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) был выпущен в 1942 г. первые коммерческие инструменты около 1965 года. Его поздняя разработка было связано с электроникой, участвующей в «сканировании» пучок электронов через образец. Отличная статья была только что опубликовано в Scanning с подробным описанием истории SEM и я бы посоветовал тем, кто заинтересован, прочитать его.

---

Как работают электронные микроскопы?

Электронные микроскопы (ЭМ) функционируют точно так же, как их оптические аналоги, за исключением того, что они используют сфокусированный пучок электронов вместо света для «изображения» образца и получения информации по своему строению и составу.
Основные этапы всех EM:

1. Формируется поток электронов (Источником электронов) и ускоряется к образцу с помощью положительного электрического потенциал
2. Этот поток ограничивается и фокусируется с помощью металлических отверстий и магнитные линзы в тонкие, сфокусированный, монохромный луч.
3. Этот пучок фокусируется на образце с помощью магнитной линзы.
4. Взаимодействия происходят внутри облученного образец, воздействующий на электронный пучок

Эти взаимодействия и эффекты обнаруживаются и трансформируются в образ
Вышеуказанные действия выполняются во всех ЭМ независимо от их типа. Более конкретное рассмотрение выработок двух разных типов EM описаны более подробно:

Трансмиссионный электронный микроскоп

Сканирующий электронный микроскоп

---

Другие связанные темы

Источник электронов (GUN)

Взаимодействие образцов

Том взаимодействия образцов

---

Как работают электронные микроскопы?

Как работают электронные микроскопы? — Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Наука > Электронные микроскопы

• Дом
• Индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 26 октября 2021 г.

Самая маленькая вещь, которую вы когда-либо видели видимый? Может быть, волос, булавочная головка или пылинка? Если вы поменяли свои глаза на пара самых мощных в мире микроскопов, вы сможете увидеть вещи в 100 миллионов раз меньше: бактерии, вирусы, молекулы — даже атомы в кристаллах были бы вам хорошо видны!

Обычные оптические микроскопы (световые микроскопы), подобные тем, которые вы найдете в школе лаборатории, далеко не достаточно хороши, чтобы видеть вещи в таких деталях. Это требуется гораздо более мощный электронный микроскоп — с использованием лучей электроны вместо лучей света, чтобы привести нас к наноразмеры. давайте возьмем присмотритесь к электронным микроскопам и к тому, как они работают!

Фото: Hitachi S-4700 автоэмиссионный сканирующий электронный микроскоп может увеличиваться более чем в полмиллиона раз и разрешать детали размером всего 2 нанометра! Предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА и Интернет-архив.

Содержание

1. Видение с помощью электронов
2. Как работают электронные микроскопы
3. Трансмиссионные электронные микроскопы (ПЭМ)
4. Сканирующие электронные микроскопы (СЭМ)
5. Сканирующие туннельные микроскопы (СТМ)
6. Атомно-силовые микроскопы (АСМ)
7. Кто изобрел электронные микроскопы?
8. Узнать больше

Видение с помощью электронов

Фото: Внутри атома: электроны — это частицы в оболочках (орбиталях) вокруг ядра (в центре).

Мы можем видеть объекты окружающего нас мира, потому что световые лучи (либо от Солнца, либо от другого источника света, например настольная лампа) отражаются от них и попадают нам в глаза. Никто не знает на что похож свет, но ученые остановились на идее, что это имеет своего рода раздвоение личности. Они любят называть это корпускулярно-волновой дуализм , но основная идея намного проще, чем кажется. Иногда свет ведет себя как поезд волн — так же, как волны, бегущие по морю. В других случаях это больше похоже на постоянный поток частиц — бомбардировка микроскопическими пушечными ядрами, если тебе нравится. Вы можете прочитать эти слова на экране вашего компьютера, потому что световые частицы вылетают из дисплея в твои глаза в какая-то масса, горизонтальный град! Мы называем эти индивидуальные частицы света фотонов : каждый из них крошечный пакет электромагнитной энергии.

Смотреть с помощью фотонов — это хорошо, если вы хотите смотреть на вещи, которые намного больше, чем атомы. Но если вы хотите увидеть вещи которые меньше, фотоны оказываются довольно неуклюжими и бесполезными. Только представьте, если бы вы были мастером-резчиком по дереву, известным во всем мире своими мебель с тонкой резьбой, которую вы сделали. Чтобы вырезать такие тонкие детали, вам понадобятся маленькие, острые, точные инструменты меньшего размера чем узоры, которые вы хотели сделать. Если бы все, что у вас было, это кувалда и лопатой, вырезание сложной мебели было бы невозможно. Основное правило заключается в том, что инструменты, которые вы используете, должны быть меньше, чем то, что вы используя их на.

То же самое и с наукой. Самое маленькое, что можно увидеть в микроскоп определяется (частично) светом, который проходит через него. Обычный световой микроскоп использует фотоны света, которые эквивалентны волнам с длиной волны примерно 400-700 нанометров. Этого вполне достаточно для изучения чего-то вроде человеческого волоса. В 100 раз больше (50 000–100 000 нанометров в диаметре). Но как насчет бактерий размером 200 нанометров? или белок длиной всего 10 нанометров? Если вы хотите видеть детализированные вещи, которые «меньше света» (меньше длины волны фотонов), нужно использовать частицы которые имеют еще более короткую длину волны, чем фотоны: в других слов, вам нужно использовать электронов . Как вы, наверное, знаете, электроны — это мельчайшие заряженные частицы, занимают внешние области атомов. (Это также частицы, которые нести электричество по цепям. ) В в электронном микроскопе поток электронов занимает место луча света. Электрон имеет эквивалентную длину волны чуть более 1 нанометра, что позволяет нам видеть вещи меньше, чем сам свет (меньше длины волны фотонов света).

Рекламные ссылки

Как работают электронные микроскопы

Если вы когда-нибудь пользовались обычным микроскопом, вы знать, что основная идея проста. Внизу есть свет, который светит вверх через тонкий срез образца. Вы просматриваете окуляр и мощная линза, чтобы увидеть значительно увеличенное изображение образца (обычно в 10–200 раз больше). Здесь По сути, это четыре важные части обычного микроскопа:

1. Источник света.
2. Образец.
3. Линзы, из-за которых образец кажется больше.
4. Увеличенное изображение образца, который вы видите.

В электронном микроскопе эти четыре элемента немного отличается.

1. Источник света заменен лучом очень быстро движущиеся электроны.
2. Образец обычно должен быть специально готовят и держат внутри вакуумной камеры, из которой воздух был откачан (потому что электроны не распространяются очень далеко в воздухе).
3. Линзы заменены на серию электромагниты в форме катушки, через которые проходит электронный луч. В обычном микроскопе стеклянные линзы изгибают (или преломляют) световые лучи, проходящие через них, создают увеличение. В В электронном микроскопе катушки одинаково изгибают электронные пучки.
4. Изображение формируется как фотография (называется электрон микрофотография ) или как изображение на экране телевизора экран.

Это основная, общая идея электронного микроскопа. Но есть на самом деле довольно много разных типов электронов микроскопы, и все они работают по-разному. Три самых знакомые типы называются просвечивающими электронными микроскопами (ПЭМ), сканирующими электронные микроскопы (СЭМ) и сканирующие туннельные микроскопы (СТМ).

Фото: 1) Изучение образца с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Электронная пушка находится в высокой серой трубе наверху. С разрешения НАСА Исследовательский центр Гленна. 2) Типичный сканирующий электронный микроскоп. Основное оборудование микроскопа находится в крайнем левом углу. Вы можете видеть изображение, которое он производит, на двух экранах. С разрешения НАСА Исследовательский центр Лэнгли.

Просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ)

ПЭМ имеет много общего с обычным оптическим микроскоп. Вы должны подготовить тонкий срез образца достаточно аккуратно (это довольно трудоемкий процесс) и посадить в вакууме камера в середине машины. Когда вы это сделаете, вы стреляете электронный луч через образец из гигантской электронной пушки на вершине. В пистолете используются электромагнитные катушки и высокое напряжение. (обычно от 50 000 до нескольких миллионов вольт) для ускорения электроны до очень высоких скоростей. Благодаря нашему старому другу волна-частица двойственность, электроны (которые мы обычно мыслить как частицы) могут вести себя как волны (точно так же, как волны света могут вести себя как частицы). Чем быстрее они движутся, тем меньше волны, которые они образуют, и тем более подробные изображения они показывают. Имея достигнув максимальной скорости, электроны проносятся через образец и вылетают другая сторона, где больше катушек фокусируют их, чтобы сформировать изображение на экране (для непосредственного просмотра) или на фотопластинке (для изготовления постоянная запись изображения). ТЭМ — самые мощные электронные микроскопы: мы можем использовать их, чтобы видеть вещи размером всего в 1 нанометр размера, поэтому они эффективно увеличиваются в миллион раз и более.

Как работает просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ)

Просвечивающий электронный микроскоп пропускает пучок электронов с по образец для получения увеличенного образ предмета.

1. Высоковольтный источник питания питает катод.
2. Катод представляет собой нагреваемую нить накала, немного похожую на электронную пушку в старомодном телевизоре с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Он генерирует луч электронов, который работает аналогично лучу света в оптическом микроскопе.
3. Электромагнитная катушка (первая линза) концентрирует электроны в более мощный пучок.
4. Другая электромагнитная катушка (вторая линза) фокусирует луч на определенную часть образца.
5. Образец помещается на медную сетку в середине тубуса основного микроскопа. Луч проходит через образец и «подхватывает» изображение этого.
6. Объектив проектора (третий объектив) увеличивает изображение.
7. Изображение становится видимым, когда электронный луч попадает на флуоресцентный экран в основании машины. Это аналогично фосфорный экран на передней панели старомодного телевизора.
8. Изображение можно просматривать напрямую (через смотровой портал), в бинокль сбоку или на ТВ-мониторе прикреплен к усилителю изображения (что облегчает просмотр слабых изображений).

Сканирующие электронные микроскопы (СЭМ)

увидеть в книгах — таких как осы, держащие микрочипы в своих рты — сделаны не с помощью ПЭМ, а с помощью сканирующих электронных микроскопов. (РЭМ), которые предназначены для создания изображений поверхностей. из крошечные предметы. Так же, как и в ТЭМ, вершина РЭМ является мощным Электронная пушка, которая стреляет электронным лучом в образец. А ряд электромагнитных катушек тянут луч вперед и назад, медленно и систематически сканируйте его по поверхности образца. Вместо прохождения через образец электронный луч эффективно отскакивает прямо от него. Электроны, которые отражаются от образца (известные как вторичные электроны) направлены на экран, аналогичный экрану электронно-лучевого телевизора, где они создают телевизионную картинку. SEM обычно около 10 раз менее мощный, чем TEM (поэтому мы можем использовать их, чтобы увидеть вещи о размером 10 нанометров). Положительным моментом является то, что они производят очень четкое 3D-изображение. изображения (по сравнению с плоскими изображениями, создаваемыми ПЭМ) и их образцы требуют меньшей подготовки.

Фото: Типичные изображения, полученные с помощью СЭМ. 1) Искусственно окрашенная сканирующая электронная микрофотография, показывающая сальмонеллу. typhimurium (красный), проникающий в культивируемые клетки человека. 2) Сканирующая электронная микрофотография бактерий Escherichia coli. (кишечная палочка). Фотографии предоставлены Rocky Mountain Laboratories, Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний США (NIAID), и Национальный институт здоровья США.

Принцип работы сканирующего электронного микроскопа (СЭМ)

Сканирующий электронный микроскоп сканирует пучок электронов над образцом для получения увеличенного образ предмета. Это полностью отличается от ПЭМ, где пучок электронов проходит прямо через образец.

1. Электроны стреляют в машину.
2. Основная часть машины (где сканируется объект) содержится в герметичной вакуумной камере, потому что точные электронные лучи не могут эффективно проходить через воздух.
3. Положительно заряженный электрод (анод) притягивает электроны и превращает их в энергетический пучок.
4. Электромагнитная катушка фокусирует электронный луч очень точно, как линза.
5. Другая катушка, расположенная ниже, направляет электронный луч из стороны в сторону.
6. Луч систематически сканирует просматриваемый объект.
7. Электроны луча ударяются о поверхность объекта и отражаются от него.
8. Детектор регистрирует эти рассеянные электроны и превращает их в картинку.
9. На экране телевизора отображается сильно увеличенное изображение объекта.

Сканирующие туннельные микроскопы (СТМ)

Фото: СТМ-изображение атомов на поверхности солнечная батарея. С любезного разрешения США Департамент энергетики/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL).

Среди новейших электронных микроскопов СТМ были изобретен Гердом Биннигом и Генрих Рорер в 1981 году. В отличие от ПЭМ, которые создают изображения внутренности материалов и СЭМ, которые отображают трехмерные поверхности, СТМ предназначен для создания подробных изображений атомов или молекул на поверхность чего-то вроде кристалла. Они работают иначе, чем TEM и РЭМ тоже: у них очень острый металлический зонд, который сканирует назад и вперед по поверхности образца. Как это происходит, электроны пытаются вырваться из образца и перепрыгнуть через зазор, в зонд с помощью необычного квантового явления, называемого «туннелированием». Чем ближе зонд к поверхность, тем легче электронам туннелировать в нее, тем больше электронов убегает и тем больше туннельный ток. микроскоп постоянно перемещает зонд вверх или вниз на крошечные количества, чтобы поддерживать постоянный ток туннелирования. Записав, как зонд должен двигаться, он эффективно измеряет пики и впадины на поверхности образца. Компьютер превращает эту информацию в карту образца, которая показывает его подробное атомная структура. Один большой недостаток обычных электронных микроскопов заключается в том, что они воспроизводят удивительные детали, используя высокоэнергетические пучки электронов, которые имеют тенденцию повреждать объекты, которые они отображают. СТМ избегают этого проблема с использованием гораздо более низких энергий.

Как работает сканирующий туннельный микроскоп (СТМ)

Сканирующий туннельный микроскоп делает изображения с использованием электронов, которые «туннелируют» между зондом и образец. Вот как это работает:

1. Образец (синий) запечатан внутри вакуумной камеры.
2. Камера охлаждаемая
почти до абсолютного нуля с помощью криогенного источника, такого как холодильник с жидким гелием.
3. Насос создает в камере очень высокий вакуум.
4. Сканируемый образец служит одним электродом.
5. Наконечник зонда, расположенный на очень небольшом расстоянии вверху, служит другим электродом. Два электрода могут сканироваться друг за другом с помощью привода, который перемещается в трех измерениях.
6. Туннельный ток, выдаваемый зондом, анализируется измерительным устройством.
7. Результаты могут отображаться на экране или плоттере, показывая (в данном случае) структуру атомов на поверхности образца.

Произведение (значительно упрощенное!) на основе устройства СТМ, описанного в патенте США 4 343 993: Сканирующий туннельный микроскоп Герда Биннига и Генриха Рорера, IBM Corporation, запатентован 10 августа 1982 г.

Атомно-силовые микроскопы (АСМ)

Если вы думаете, что СТМ — это прекрасно, то АСМ (атомно-силовые микроскопы), также изобретенные Гердом Биннигом, еще лучше! Одним из больших недостатков STM является то, что они полагаются на электрические токи. (потоки электронов), проходящие через материалы, поэтому они могут создавать только изображения проводников. АСМ не страдают от этой проблемы, потому что, хотя они и используют настройку, они не полагаются на ток, протекающий между образцом и зондом, поэтому мы можем использовать их для создания изображений атомного масштаба таких материалов, как пластмассы, которые не проводят электричество.

АСМ — это микроскоп с небольшим плечом, называемым кантилевером, с наконечником на конце. который сканирует поверхность образца. По мере того, как кончик скользит по поверхности, сила между атомами, из которых он сделан, и атомы на поверхности постоянно меняются, заставляя кантилевер изгибаться на незначительные величины. Величина изгиба кантилевера определяется путем отражения лазерного луча от его поверхности. Измеряя, как далеко проходит лазерный луч, мы можем измерить, насколько изгибается кантилевер и силы, воздействуя на него от момента к моменту, и эта информация может быть использована для выяснения и построения графика контуры поверхности. Другие версии АСМ (например, показанная здесь) создают изображение путем измерения тока, который «туннелирует» между сканирующим наконечником и туннельным зондом, установленным сразу за ним. АСМ могут создавать изображения вещей на атомном уровне, а также их можно использовать для манипулирования отдельными атомами и молекулы — одна из ключевых идей нанотехнологии.

Как работает атомно-силовой микроскоп (АСМ)

Атомно-силовой микроскоп подобен сканирующему туннельному микроскопу, но делает изображения с помощью крошечного консольного зонда, который качается под действием силы между ним и образцом. Вот как работает одна версия:

• Сканируемый образец (1) крепится к приводному механизму (2), который может перемещать его в трех измерениях.
• Для предотвращения нежелательных вибраций этот механизм закреплен на резиновой подушке (3), установленной на прочном алюминиевом основании (4), которое дополнительно амортизируется несколькими слоями алюминиевых пластин и резиновых прокладок (не показаны).
• Для создания изображения образец медленно перемещают вокруг острой неподвижной точки формирования изображения (5), которая закреплена на пружинном кантилевере из тонкой золотой фольги (6), прикрепленном к пьезоэлектрический кристалл (7), закрепленный на той же алюминиевой основе.
• На другом конце аппарата туннельный зонд (8) перемещается очень близко (в пределах примерно 0,3 нм) от пружинного кантилевера с помощью второго приводного механизма (9), изолированного другой резиновой прокладкой (10).
• Когда образец (1) перемещается вокруг точки формирования изображения (5), постоянно измеряется ток, который туннелирует между пружинным кантилевером (6) и туннельным наконечником (8). Эти измерения преобразуются в данные, которые можно использовать для построения подробной карты поверхности образца.

Иллюстрация: как работал оригинальный АСМ Герда Биннига — сильно упрощенный. На основе оригинального рисунка из патента США 4724318 Герда Биннига: Атомно-силовой микроскоп и метод визуализации поверхностей с атомарным разрешением.

Кто изобрел электронные микроскопы?

Вот краткая история ключевых моментов в электронной микроскопии — до сих пор!

• 1924: французский физик Луи де Бройль (1892–1987) понимает, что электронные пучки имеют волновую природу, подобную зажечь. Пять лет спустя он получает Нобелевскую премию по физике за эту работу.
• 1931: немецкие ученые Макс Нолл (1897–1969) и его ученик Эрнст Руска (1906–1988) строят первую экспериментальный ТЕМ в Берлине.
• 1933: Эрнст Руска строит первый электронный микроскоп. мощнее оптического микроскопа.
• 1935: Макс Нолл строит первый грубый РЭМ.
• 1935: Работа в Университете Торонто, James Hillier и Albert Prebus основываются на работе Ruska по производству первого коммерчески успешного TEM для RCA в Северной Америке.
• 1941: Немецкие инженеры-электрики Манфред фон Арденне и Бодо фон Боррис патентуют «электронный сканирующий микроскоп» (СЭМ).
• 1965: Компания Кембридж Инструмент производит первый коммерческий SEM в Англии.
• 1981: Герд Бинниг (1947–) и Генрих Рорер (1933–) из Цюрихской исследовательской лаборатории IBM изобретают СТМ и получить подробные изображения атомов на поверхности кристалла золота.
• 1985: Бинниг и его коллега Кристоф Гербер производят первый атомно-силовой микроскоп (АСМ). прикрепив бриллиант к кусочку золотой фольги.
• 1986: Бинниг и Рорер делят Нобелевскую премию по физике с пионером электронные микроскопы, Эрнст Руска.
• 1989: Первый коммерческий АСМ произведен компанией Sang-il Park (основатель Park Systems в Пало-Альто, Калифорния).

Узнайте больше

На этом сайте

• Инструменты, инструменты и измерения
• Свет
• Микроскопы (оптические)

Веб-сайты

Для младших читателей

• Bugscope: Электронная микроскопия для школ.

Для читателей старшего возраста

• Mic-UK: веб-сайт для любителей микроскопов, включающий замечательную страницу о микроскопии под названием «Самая маленькая страница в Интернете».
• Эрнст Руска: Мемориальный комплекс, посвященный жизни и работе пионера электронного микроскопа (на немецком и английском языках).
• Жизнь сквозь призму: история усилий Эрнста Руски по разработке электронного микроскопа.

Фотографии электронного микроскопа

• FEI: Галерея изображений электронного микроскопа: FEI является ведущим производителем электронных микроскопов, и на ее веб-сайте есть галерея потрясающих фотографий, сделанных с помощью его микроскопов!
• Flickr: Сканирующая электронная микроскопия: групповой пул Flickr из нескольких сотен изображений СЭМ. Некоторые из них защищены авторским правом, другие опубликованы в соответствии с различными лицензиями Creative Commons, что позволяет вам повторно использовать их при определенных условиях.

Видео

• Атомно-силовой микроскоп (АСМ) в действии!: Отличный небольшой видеоролик, показывающий кантилевер и наконечник атомно-силового микроскопа (АСМ) в действии. Обратите внимание на зеленую шкалу линейки слева, которая показывает вам масштаб, в котором мы работаем, когда мы увеличиваем и уменьшаем масштаб.

Книги

Легкое чтение

• Небо и Земля: невидимые невооруженным глазом: Дэвид Малин, Кэтрин Руку. Phaidon Press, 2007. Множество потрясающих фотографий очень больших и очень маленьких эта превосходная книга журнального столика.
• Классные штучки и как они работают: Крис Вудфорд и др. Дорлинг Киндерсли, 2005. Одна из моих собственных книг, в ней объясняются все виды повседневных предметов. с потрясающими фотографиями (и немало электронных микрофотографий).
• Cool Stuff 2.0 (книга гаджетов): Крис Вудфорд и Джон Вудкок. Дорлинг Киндерсли, 2007. Продолжение Cool Stuff, с более потрясающими фотографиями (и еще несколькими электронными микрофотографиями).

Более подробный и технический

• Электронная микроскопия: методы и протоколы: Джон Куо. Humana Press, 2007. Охватывает методы STM и TEM, в основном для биологических наук.
• Практическая электронная микроскопия: иллюстрированное руководство для начинающих: Элейн Хантер и др. Издательство Кембриджского университета, 1993. По сути, лабораторное пособие для продвинутых студентов и исследователей.
• Трансмиссионная электронная микроскопия: Учебник по материаловедению: Дэвид Уильямс и Барри Картер. Springer, 2009. Всесторонний охват методов ТЕМ.

История

• Эволюция микроскопа С. Брэдбери. Elsevier, 2014. Репринт 1967 книга. Ранняя история, очевидно, все еще применима, но последняя глава об электронных микроскопах немного устарела.

Статьи

• Более быстрый способ перегруппировки атомов может привести к созданию мощных квантовых сенсоров Марк Андерсон. IEEE Spectrum, 3 июня 2019 г. Более пристальный взгляд на новый вид квантовой визуализации.
• Канадские пионеры в науке: Джеймс Хиллиер и Альберт Пребус, пионеры электронной микроскопии, Тонни Хуанг. Cyclica, 28 июля 2017 г. Как два канадских ученых разработали первый коммерчески успешный ТЕМ в Северной Америке. [Архивировано через Wayback Machine]
• Plasmonics позволяет оптическим микроскопам работать как электронные микроскопы от Декстера Джонсона. IEEE Spectrum, 21 июля 2016 г. Можно ли выйти за рамки ограничений оптической микроскопии, не переключаясь на электронный пучок?
• Микроскопы сверхвысокого разрешения преодолевают дифракционный предел Дуглас Маккормик, IEEE Spectrum, 6 мая 2013 г. Как сканирующие лазеры могут расширить возможности оптических микроскопов.
• Мощный инструмент для создания наноразмерных объектов от Сасвато Даса. IEEE Spectrum, 1 июля 2007 г. Представляем технологию микропроизводства, называемую просвечивающей электронно-лучевой абляционной литографией (TEBAL).

Патенты

Патентный поиск — хороший способ найти более подробные технические детали и чертежи. Вот несколько ключевых патентов для начинающих:

• Патент США 2,234,281: Экранированный электронный микроскоп Эрнста Руски, поданный 4 февраля 1939 года. Это одна из усовершенствованных конструкций микроскопов Руски конца 1930-х годов. Многочисленные более ранние патенты касаются его различных усовершенствований электронных ламп и его систем для отклонения катодных лучей и отклонения электронных лучей с помощью электрических и магнитных полей.
• Патент США 3 191 028: Электронный сканирующий микроскоп. Манфред фон Арденне и Бодо фон Боррис, запатентованный 13 мая 1941 года. Я думаю, что это оригинальный патент SEM, основанный на более ранней работе Руски и Кнолла.
• Патент США 3,191,028: Сканирующий электронный микроскоп. Альберт В. Крю, Комиссия по атомной энергии США, запатентован 22 июня 1965 г. Конструкция РЭМ с более высоким увеличением и разрешением середины 1960-х годов. Это гораздо более подробное описание, чем патент Арденн, с некоторыми отличными техническими чертежами.
• Патент США 4 343 993: Сканирующий туннельный микроскоп Герда Биннига и Генриха Рорера, IBM Corporation, запатентован 10 августа 1982 года. Оригинальный патент Биннига и Рорера на СТМ.
• Патент США 4 724 318: Атомно-силовой микроскоп и метод визуализации поверхностей с атомарным разрешением Герда Биннига, корпорация IBM, запатентован 9 февраля 1988 г. Отличное техническое описание новаторской (и удостоенной Нобелевской премии) АСМ Биннига.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.