Skenuojantis elektroninis mikroskopas (SEM) - tai elektroninis optinis instrumentas, naudojamas objektų paviršiaus struktūrai stebėti. Pagrindinis SEM tikslas - aptikti paviršiaus morfologiją dideliu mastu ir dideliu tikslumu, teikiant trisluoksnius supratimo apie paviršiaus charakteristikas vaizdus. Jo veikimą lemia elektronų sąveika su medžiaga: bombardavus mėginį aukštos energijos elektronų pluoštu, susidaro įvairūs signalai, įskaitant antrinius elektronus ir rentgeno spindulius, kurie leidžia įvertinti tiek paviršiaus topografiją, tiek cheminę sudėtį.
Skenuojančio elektromikroskopijos principas
Skenuojamųjų elektroninių mikroskopų gamyba pagrįsta elektronų sąveika su medžiaga. Kai didelės energijos elektronų pluoštas bombarduoja medžiagos paviršių, sužadinimo sritys sukuria antrinius elektronus, Augerio elektronus, bei įvyksta pasirenkantys reiškiniai: rentgeno spinduliai ir kontinuuminiai rentgeno spinduliai, atgal išsklaidytų elektronų bei kitų elektroninių virpesių pasireiškimas. Tuo pačiu metu gali būti sukurtos elektronų ir skylių poros, gardelės virpesiai (fononai) ir elektronų virpesiai (plazmonai). Pavyzdžiui, antrinių elektronų ir atgal išsklaidytų elektronų rinkinys gali suteikti informacijos apie medžiagos mikroskopinę morfologiją; Rentgeno spindulių rinkimas gali gauti informacijos apie cheminę sudėtį.
Skenuojantys elektroniniai mikroskopai veikia nuskaitydami mėginį itin smulkiu elektronų pluoštu, sužadindami antrinius elektronus mėginio paviršiuje. Pirmosios eilės elektronus surenka detektorius, ten esantis scintiliatorius paverčia šviesos signalais, o po to šviesos signalas perduodamas fotodauginimo įtaisui ir stiprintuvams, kurie valdo elektronų pluošto intensyvumą fosforiniame ekrane ir rodo nuskaitytą vaizdą, sinchronizuodami su elektronų pluoštu. Vaizdai yra trimačiai vaizdai, atspindintys bandinio paviršiaus struktūrą.
Skenuojančiojo elektroninio mikroskopo vaizdas paprastai rodo antrinį elektronų vaizdą, kuris yra naudingiausias paviršiaus topografijai įvertinti. Detektoriaus zondas, aptinkantis antrinius elektronus, sukuria šviesos signalą scintiliatoriuje. Ši šviesa perduodama į fotodaugiklį, kuris šviesos signalą paverčia elektros srovių signalu, vėliau sustiprinamas ir paverčiamas įtampos signalu, kuris siunčiamas į vaizdo vamzdelį.
Skenuojančiojo SEM sandara
- Objektyvo cilindras - objektyvo vamzdyje yra elektronų pistoletas, kondensatoriaus objektyvas, objektyvas ir skenavimo sistema. Jo vaidmuo yra sukurti ypač smulkų elektronų pluoštą (maždaug kelių nanometrų skersmens), kuris nuskaito mėginio paviršių ir sužadina įvairius signalus.
- Elektroninė signalų gavimo ir apdorojimo sistema - mėginio kameroje skenuojantis elektroninių pluoštas sąveikaudamas su mėginiu generuoja signalus (antrinius elektronus, atgal išsklaidytus elektronus, rentgeno spindulius, Augerio elektronus ir kt.). Pagrindiniai signalai yra antriniai elektronai, sužadinti krintančių elektronų mėginio atomuose; jų generavimo greitį lemia mėginio morfologija ir sudėtis. Detektoriaus zondas aptinka antrinius elektronus ir sukuria šviesos signalą scintiliatoriuje, kuris Pereina į fotodaugiklį, paverčia šviesos signalą į srovės signalą, o šis - įtampos signalu, perduodamu į vaizdo vamzdelį.
- Elektroninio signalo rodymo ir įrašymo sistema - SEM paveikslai rodomi ant katodinių spindulių vamzdžio (vaizdo vamzdis) ir įrašomi. Yra dviejų tipų vaizdo vamzdžiai: vienas skirtas stebėjimui (mažesnės skiriamosios gebos, ilgesnis švytėjimo vamzdelis), kitas - fotografavimui (didelė skiriamoji geba, trumpas švytėjimo vamzdelis).
- Vakuuminė sistema ir maitinimo sistema - SEM vakuuminė sistema susideda iš mechaninio siurblio ir alyvos difuzijos siurblio. Maitinimo sistema teikia specifinę galią kiekvienam komponentui.
Elektroninis vamzdis - pagrindinė televizorių ar monitorių dalis, kur sudaro stiklinis balionas su išsiurbtu iš jo oras. Viduje esantis katodas įkaitinamas skleidžia elektronų srautą, kuris pagreitinamas ir atsitrenkęs į ekraną palieka švytinčius taškus. Magnetiniu ar elektriniu lauku nukreipiant spindulį ir valdant srauto stiprumą ekrane formuojamas vaizdas. Taigi susidaro vientisas vaizdas.”
SEM paskirtis
Pagrindinė SEM funkcija - stebėti kietų mėginių paviršius dideliu raiškos lygiu. Didelio požiūrio į gylį (gilių daugybė sluoksnių) vaizdai yra naudingi tokioms sritys kaip biologija, botanika, geologija, metalurgija ir kt. Stebėjimai gali būti paviršiai, pjaustyti paviršiai ar skerspjūviai. Metallurgai įvertina nesugadintus ar nepataisytus paviršius, oksidacinius paviršius, kristalų augimą ar korozijos defektus. Be to, SEM leidžia ištirti popieriaus, tekstilės, natūralios ar apdorotos medienos struktūrą, o biologams - mažų, trapių mėginių struktūras, pavyzdžiui žiedadulkes ar diatomėlius. Taip pat galima sudaryti trimačius paviršiaus modelius. SEM yra plačiai naudojama tiriant kietąsias medžiagas ir yra palyginama su kitais instrumentais.
Ekstriniai elementai, tokie kaip elektroninis vamzdis, apibūdina SEM veikimą. Elektroninis vamzdis - tai pagrindinė televizorių ar kompiuterių monitorių dalis. Jį sudaro stiklinis balionas, iš kurio yra išsiurbtas oras. Viduje esantis katodas įkaitinamas, skleidžia elektronų srautą, kuris pagreitinamas ir atsitrenkęs į ekraną palieka švytinį tašką. Magnetiniu arba elektriniu lauku nukreipiamas spindulys ir valdant srauto stiprumą gaunamas vaizdas.
Kaip veikia skenuojantis elektroninis mikroskopas.wmv
Apibendrinimas
Skenuojančiojo elektroninio mikroskopo sandara apima objektyvo cilindrą, signalų gavimo ir apdorojimo sistemą, signalo rodymo įrašymo sistemą, bei vakuuminę ir maitinimo sistemas. Pagrindinis SEM tikslas - didelio raiškos paviršiaus tyrimas įvairiose mokslo ir pramonės srityse, suteikiant išsamius topografinius ir cheminius duomenis apie mėginių paviršius, kartu su galimybe kurti trimačius paviršiaus modelius.
Papildomi vizualiniai elementai
- Infografika: SEM signalo kelias nuo pluošto skenavimo iki vaizdo vamzdelio
- Kartografinė diagrama: mėginių paviršių topografijos tyrimo procesas
- Diagrama: Augerio elektronų ir antrinių elektronų generacijos schema
tags: #elektroninis #vamzdis #sandara