میکروسکوپ الکترونی عبوری
میکروسکوپ الکترونی عبوری اولین نوع توسعه یافته میکروسکوپ‌های الکترونی است. یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد این میکروسکوپ، تشکیل تصویر از داخل نمونه است. از دیگر ویژگی‌های این میکروسکوپ می‌توان به قدرت بزرگ‌نمایی تا ۱۰۰۰۰۰۰برابر و قدرت تفکیک بهتر از ۱ نانومتر اشاره کرد. نمونه مورد آزمایش در این میکروسکوپ‌ها باید جامد باشد و ضخامت آن به دلیل عبور پرتو الکترونی باید کمتر از ۵ میکرومتر باشد. به همین دلیل نمونه‌سازی برای مشاهده با این میکروسکوپ بسیار خسته کننده و زمان‌بر است و بر هزینه آزمایش می‌افزاید. تصویرها در این میکروسکوپ به صورت دو بعدی بوده و تعیین ویژگی‌های ریزساختاری و شناسایی ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری مواد از قابلیت‌های دستگاه است. نیاز به خلاء بالا، زمان تهیه تصویرها را طولانی می‌کند.
مقدمه:
میکروسکوپ الکترونی عبوری اولین نوع توسعه یافته میکروسکوپ‌های الکترونی است. یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد این میکروسکوپ، تشکیل تصویر از داخل نمونه است. از دیگر ویژگی‌های این میکروسکوپ می‌توان به قدرت بزرگ‌نمایی تا ۱۰۰۰۰۰۰برابر و قدرت تفکیک بهتر از ۱ نانومتر اشاره کرد. نمونه مورد آزمایش در این میکروسکوپ‌ها باید جامد باشد و ضخامت آن به دلیل عبور پرتو الکترونی باید کمتر از ۵ میکرومتر باشد. به همین دلیل نمونه‌سازی برای مشاهده با این میکروسکوپ بسیار خسته کننده و زمان‌بر است و بر هزینه آزمایش می‌افزاید. تصویرها در این میکروسکوپ به صورت دو بعدی بوده و تعیین ویژگی‌های ریزساختاری و شناسایی ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری مواد از قابلیت‌های دستگاه است. نیاز به خلاء بالا، زمان تهیه تصویرها را طولانی می‌کند.
۱- ساختار میکروسکوپ الکترونی عبوری
شکل ۱ ساختار کلی میکروسکوپ الکترونی عبوری را نشان می‌دهد. تفنگ الکترونی از اجزای اصلی این میکروسکوپ بوده و تولید پرتو الکترونی می‌کند. ولتاژ شتاب‌دهی الکترون‌ها بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ کیلو الکترون ولت است. عدسی متمرکزکننده به عنوان تنظیم کننده پرتو الکترونی قبل از رسیدن به نمونه مورد استفاده قرار می‌گیرد. محفظه نمونه از اجزای دیگر میکروسکوپ است که در زیر عدسی متمرکزکننده قرار دارد. عدسی‌های شیئی و تصویری پس از نمونه، برای بزرگ‌نمایی تصویر در ساختمان داخلی میکروسکوپ به کار می‌روند. از اجزای اصلی دیگر، صفحه نمایش است که از ماده‌ای پوشیده شده است که به برخورد الکترون‌ها حساس است و در اثر برخورد رنگی می‌شود. نوع رنگ آن به شدت برخورد بستگی دارد مانند نحوه تشکیل تصویر در تلویزیون. اجزای گفته شده درون ستون میکروسکوپ که به صورت عمودی قرار دارد جای می‌گیرند.
شکل ۱: ساختار میکروسکوپ الکترونی عبوری
در کنار میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری، دستگاه‌های تحلیل‌کننده دیگری نیز قرار دارد که می‌توانند اطلاعات کیفی و کمی مربوط به عناصر و ساختار بلوری نمونه را بدهند.
۲- حالت‌های مختلف تصویربرداری
همان‌طور که گفته شد در میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری، الکترون‌ها به نمونه برخورد و از آن عبور می‌کنند. الکترون‌ها در حین عبور از نمونه ممکن است یا بدون انحراف از مسیر اولیه خود از نمونه خارج شوند و یا در اثر برخورد با موانع مختلف (مانند اتم‌های نمونه، الکترون‌های نمونه و …) از مسیر اولیه خود منحرف شوند که هر کدام از این حالات مبنای تشکیل یک نوع تصویر در میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری است. بر حسب اینکه کدام‌یک از این الکترون‌ها برای تصویربرداری انتخاب شود، میکروسکوپ الکترونی عبوری در حالت‌های زیر می‌تواند تصویربرداری کند:
۱- تصویربرداری معمولی ۲- تصویربرداری میدان روشن ۳- تصویربرداری میدان تاریک
در تصویربرداری معمولی از تمام پرتوها برای ایجاد تصویر استفاده می‌شود. در این حالت نمی‌توان تصویری با وضوح بالا از نمونه تهیه کرد.
در حالت میدان روشن تنها از پرتوهایی که از مسیر اولیه خود منحرف نشده‌اند برای تهیه تصویر استفاده می‌شود. در این حالت الکترون‌هایی که از مسیر اولیه خود منحرف شده‌اند (که به این الکترون‌ها اصطلاحا الکترون‌های پراشیده نیز گفته می‌شود)، در تولید تصویر دخالتی ندارند و در نهایت وضوح تصویر افزایش می‌یابد. شکل ۲ پرتوهای مورد استفاده در تصویربرداری در حالت میدان روشن را نشان می‌دهد. همان‌طور که در شکل نیز مشخص است برای اینکه به الکترون‌هایی که از مسیر اولیه خود منحرف نشده‌اند، اجازه عبور داده نشود، از یک دریچه استفاده می‌شود. مکان این دریچه قابل تنظیم است و می‌توان آن را طوری تنظیم کرد که یا فقط الکترون‌های منحرف نشده و یا فقط الکترون‌های منحرف شده، عبور کنند. مناطقی از نمونه که ضخامت بیشتر و یا چگالی بالاتری داشته باشند الکترون‌ها را با شدت بالاتری منحرف می‌کنند و الکترون‌های منحرف نشده از انرژی کمتری برخوردار خواهند بود. پس این نواحی در تصویر تاریک‌تر دیده می‌شوند. نام‌گذاری میدان روشن به این دلیل است که در صورتی‌که نمونه‌ای وجود نداشته باشد، تصویری با زمینه روشن دیده خواهد شد.
شکل ۲: تصویربرداری میدان روشن
شکل ۳ پرتوهای مورد استفاده در تصویربرداری میدان تاریک را نشان می‌دهد. در این حالت تنها بخشی از پرتوهای منحرف شده از نمونه برای تصویربرداری مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حالت تصویربرداری میدان تاریک اغلب از پرتوهای نشان‌داده شده در شکل ۳ استفاده می‌شود که برخی پرتوها در آن حذف می‌شوند. نام‌گذاری میدان تاریک به این دلیل است که درصورتی‌که نمونه‌ای وجود نداشته باشد، تصویری با زمینه تاریک دیده خواهد شد. تصویربرداری میدان تاریک اثرات متفاوتی را می‌تواند به دست دهد. هر عاملی که می‌تواند موجب تغییر در ساختار بلوری شود (تغییر ترکیب و عیوب موجود در نمونه) با تصویربرداری میدان تاریک قابل مشاهده است.
شکل ۳: تصویربرداری میدان تاریک
پرتوهای الکترونی پس از عبور از نمونه، بر حسب اینکه به چه مانعی برخورد کنند و شدت برخورد چقدر باشد، در زوایای مختلف (در شکل ۵-۱۱ با θ۲ نشان داده شده است) منحرف می‌شوند. در نتیجه با تنظیم دریچه برای زاویه انحراف یک مانع خاص، می‌توان اطلاعات مربوط به آن را در تصویر مشاهده کرد. این نوع تصویربرداری مخصوصا در مورد کامپوزیت‌ها که ممکن است از چند نوع ماده تقویت‌کننده تشکیل شده باشند، اهمیت زیادی دارد. برای مثال ممکن است ماده تقویت‌کننده یک نانوکامپوزیت، هم نانو‌لوله‌های کربنی و هم نانو‌ذرات اکسید‌روی (ZnO) باشند، به کمک تصویربرداری میدان تاریک می‌توان فقط اطلاعات مربوط به نانو‌لوله‌های کربنی و یا نانو‌ذرات را در تصویر مشاهده کرد. شکل ۴ نانوکامپوزیت نیکل- اکسید‌سریم را نشان می‌دهد. تصویر سمت چپ تصویر زمینه روشن و سمت راست تصویر زمینه تاریک را نشان می‌دهد که ذرات اکسید‌سریم پخش شده در نیکل به وضوح مشخص است.
شکل ۴: نانوکامپوزیت نیکل-اکسید سریم، (چپ) تصویر زمینه روشن، (راست) زمینه تاریک
منبع : edu.nano.ir