Giới thiệu về kính hiển vi điện tử quét (sem)

Bydamri.edu.vn

Bạn đang tìm hiểu về kính hiển vi điện tử quét sem. Dưới đây là những nội dung hay nhất do nhóm damri.edu.vn tổng hợp và biên soạn, xem thêm ở chuyên mục Tâm linh.

kính hiển vi điện tử quét sem
Giới thiệu về kính hiển vi điện tử quét (sem)

Giới thiệu về kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, thường được viết tắt là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng chùm tia điện tử (beam of electron) quét qua bề mặt vật chất với diện tích hẹp. bề mặt mẫu. Việc chụp ảnh mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi lại và phân tích bức xạ phát ra từ sự tương tác của chùm tia điện tử với bề mặt mẫu vật.

Lịch sử kính hiển vi điện tử quét

Kính hiển vi điện tử quét do Zworykin phát triển lần đầu tiên vào năm 1942 là một thiết bị bao gồm một súng điện tử từ dưới lên, ba thấu kính tĩnh điện và một hệ thống các cuộn quét điện từ đặt giữa các thấu kính. thứ hai và thứ ba, và ghi lại chùm điện tử thứ cấp bằng ống nhân quang.
Năm 1948, C. W. Oatley ở Đại học Cambridge (Vương quốc Anh) phát triển kính hiển vi điện tử quét trên mẫu này và công bố trong luận án tiến sĩ của D. McMullan với chùm điện tử hẹp có độ phân giải lên tới 500 Angstroms. . Trên thực tế, kính hiển vi điện tử quét thương mại đầu tiên được sản xuất vào năm 1965 bởi Cambridge Scientific Instruments Mark I.

Nguyên lý làm việc và hình ảnh trong SEM

Sự phát chùm điện tử trong SEM tương tự như sự phát chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, nghĩa là các điện tử được phát ra từ súng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hoặc phát xạ trường). …), rồi tăng tốc. Tuy nhiên, thế năng gia tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV do hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm tia điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm có kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn. Các electron được phát ra, gia tốc và hội tụ thành một chùm electron hẹp (kích thước vài trăm Angstrong đến vài nanomet) bằng hệ thống thấu kính từ tính, sau đó được quét trên bề mặt mẫu bằng cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, bị giới hạn bởi quang sai nên SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu ở bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi các electron tương tác với bề mặt của mẫu vật, bức xạ được phát ra, hình ảnh trong SEM và phân tích được thực hiện thông qua phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chính bao gồm:
  • Các điện tử thứ cấp: Đây là chế độ ghi ảnh phổ biến nhất của kính hiển vi điện tử quét, các chùm điện tử thứ cấp năng lượng thấp (thường dưới 50 eV) được ghi lại bằng một ống nhân quang kích. nháy mắt. Do chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử được phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do đó tạo ra hình ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.
  • Electron tán xạ ngược: Electron tán xạ ngược là chùm điện tử ban đầu bị dội trở lại khi tương tác với bề mặt mẫu nên thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học của bề mặt mẫu, vì vậy hình ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích tương phản thành phần hóa học. Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể được sử dụng để ghi ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược, giúp phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực điện tử). Ngoài ra, các electron tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện ở bề mặt mẫu, có thể cung cấp thông tin về các miền sắt điện.

Một số phân tích trong SEM

  • Cathodoluminesence: Ánh sáng phát ra từ sự tương tác của chùm tia điện tử với bề mặt mẫu. Phân tích này rất phổ biến và rất hữu ích để phân tích các tính chất quang và điện của vật liệu.
  • Vi phân tích tia X: Sự tương tác giữa các electron và vật chất có thể tạo ra quang phổ tia X đặc trưng, ​​rất hữu ích để phân tích thành phần hóa học của vật liệu. Các phép phân tích có thể là Quang phổ tia X tán sắc năng lượng (EDXS) hoặc Quang phổ tia X tán sắc bước sóng (WDXS)…
  • Một số kính hiển vi điện tử quét hoạt động ở độ chân không cực cao có thể phân tích phổ điện tử Auger, rất hữu ích cho các phân tích độ tinh tế của bề mặt.
  • SEMPA (Kính hiển vi điện tử quét với phân tích phân cực) là một chế độ hình ảnh của SEM trong đó các điện tử thứ cấp phát ra từ mẫu được ghi lại bởi một máy dò đặc biệt. có thể tách các electron phân cực spin ra khỏi mẫu, do đó cho phép chụp ảnh cấu trúc từ tính của mẫu.

Chúng ta có thể làm gì với SEM?

Mắt người bình thường có thể nhìn thấy vật nhỏ cỡ 1mm. Đối với các vật thể nhỏ hơn, chúng ta cần các công cụ hỗ trợ như kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi điện tử được chia thành các loại quét (SEM) và truyền (TEM).
SEM thường được sử dụng để quan sát chi tiết bề mặt của mẫu ở độ phóng đại cao, trong khi TEM chủ yếu được sử dụng để quan sát cấu trúc bên trong của mẫu ở độ phóng đại cao. Sau đây, chúng ta sẽ đi qua các tính năng chính của SEM.
Đặc điểm của SEM: 1. Quan sát bề mặt mẫu rắn ở các độ phóng đại khác nhau2. Độ sâu của trường nhìn lớn hơn nhiều so với độ sâu của kính hiển vi quang học, cho phép chụp ảnh lập thể3. Kết hợp với máy thu quang phổ kế tia X (EDX) phân tán năng lượng, nó cho phép phân tích thành phần nguyên tố của trường nhìn.

HDSD kính hiển vi điện tử quét SEM (Phần 1)

HDSD kính hiển vi điện tử quét SEM (Phần 1)
HDSD kính hiển vi điện tử quét SEM (Phần 1)

Lịch sử kính hiển vi điện tử quét[sửa | chỉnh sửa mã nguồn]

Kính hiển vi điện tử quét do Zworykin phát triển lần đầu tiên vào năm 1942 là một thiết bị bao gồm một súng điện tử từ dưới lên, ba thấu kính tĩnh điện và một hệ thống các cuộn quét điện từ đặt giữa các thấu kính. thứ hai và thứ ba, và ghi lại chùm điện tử thứ cấp bằng ống nhân quang.
Năm 1948, C. W. Oatley ở Đại học Cambridge (Vương quốc Anh) phát triển kính hiển vi điện tử quét trên mẫu này và công bố trong luận án tiến sĩ của D. McMullan với chùm điện tử hẹp có độ phân giải lên tới 500 Angstroms. . Trên thực tế, kính hiển vi điện tử quét thương mại đầu tiên được sản xuất vào năm 1965 bởi Cambridge Scientific Instruments Mark I.

Nguyên lý làm việc và chụp ảnh trong SEM[sửa | chỉnh sửa mã nguồn]

Sự phát chùm điện tử trong SEM tương tự như sự phát chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, nghĩa là các điện tử được phát ra từ súng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hoặc phát xạ trường). …), rồi tăng tốc. Tuy nhiên, thế năng gia tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV do hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm tia điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm có kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn. Các electron được phát ra, gia tốc và hội tụ thành một chùm electron hẹp (kích thước vài trăm Angstrong đến vài nanomet) bằng hệ thống thấu kính từ tính, sau đó được quét trên bề mặt mẫu bằng cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, bị giới hạn bởi quang sai nên SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu ở bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi các electron tương tác với bề mặt của mẫu vật, bức xạ được phát ra, hình ảnh trong SEM và phân tích được thực hiện thông qua phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chính bao gồm:
  • Các điện tử thứ cấp: Đây là chế độ ghi ảnh phổ biến nhất của kính hiển vi điện tử quét, các chùm điện tử thứ cấp năng lượng thấp (thường dưới 50 eV) được ghi lại bằng một ống nhân quang kích. nháy mắt. Do chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử được phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do đó tạo ra hình ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.
  • Electron tán xạ ngược: Electron tán xạ ngược là chùm điện tử ban đầu bị dội trở lại khi tương tác với bề mặt mẫu nên thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học của bề mặt mẫu, vì vậy hình ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích tương phản thành phần hóa học. Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể được sử dụng để ghi ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược, giúp phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực điện tử). Ngoài ra, các electron tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện ở bề mặt mẫu, có thể cung cấp thông tin về các miền sắt điện.

Một số phân tích trong SEM[sửa | chỉnh sửa mã nguồn]

  • Cathodoluminesence: Ánh sáng phát ra từ sự tương tác của chùm tia điện tử với bề mặt mẫu. Phân tích này rất phổ biến và rất hữu ích để phân tích các tính chất quang và điện của vật liệu. Kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Quốc gia Hà Nội
  • Vi phân tích tia X: Sự tương tác giữa các electron và vật chất có thể tạo ra quang phổ tia X đặc trưng, ​​rất hữu ích để phân tích thành phần hóa học của vật liệu. Các phép phân tích có thể là Quang phổ tia X tán sắc năng lượng (EDXS) hoặc Quang phổ tia X tán sắc bước sóng (WDXS)…
  • Một số kính hiển vi điện tử quét hoạt động ở độ chân không cực cao có thể phân tích phổ điện tử Auger, rất hữu ích cho các phân tích độ tinh tế của bề mặt.
  • SEMPA (Scanning Electron Microscopy with Polarization Analysis) là một chế độ chụp ảnh của SEM, trong đó các điện tử thứ cấp phát ra từ mẫu sẽ được ghi lại bởi một máy dò đặc biệt có thể tách các điện tử phân cực spin ra khỏi mẫu, do đó cho phép chụp ảnh cấu trúc từ tính của mẫu.

Ưu điểm của kính hiển vi điện tử quét[sửa | chỉnh sửa mã nguồn]

Mặc dù chúng không thể có cùng độ phân giải như kính hiển vi điện tử truyền qua, kính hiển vi điện tử quét có điểm mạnh là phân tích mà không phá hủy mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp. Một điểm mạnh khác của SEM là các điều khiển đơn giản hơn nhiều so với TEM nên rất dễ sử dụng. Một điều nữa là chi phí của SEM thấp hơn nhiều so với TEM, vì vậy SEM phổ biến hơn nhiều so với TEM.

Xem thêm[sửa | chỉnh sửa mã nguồn]

  • kính hiển vi
  • Kính hiển vi điện tử truyền qua
  • Phổ tán sắc năng lượng tia X
  • Kính hiển vi điện tử quét

Liên kết bên ngoài[sửa | chỉnh sửa mã nguồn]

  • SEM in Museum of Science Lưu trữ 2007-04-10 tại Wayback Machine
  • Lịch sử kính hiển vi điện tử thập niên 1990 Lưu trữ 2007-03-04 tại Archive.today

Similar Posts