Просвечивающая электронная микроскопия и электронография

Лекции № 12 и 13.

Просвечивающая электронная микроскопия и электронография.

Дифракционный предел для видимого света позволяет достичь примерно 1000 кратного увеличения. Это соответствует разрешению порядка нескольких сотен нанометров.

Объекты размером в десятки, а тем более в единицы нанометров в такой оптический микроскоп разглядеть невозможно. Поэтому первым шагом к наномиру стал электронный микроскоп.

Таким образом, просвечивающий электронный микроскоп используют для изучения микроструктуры объектов, находящихся за пределами разрешающей способности оптического микроскопа (мельче 0,1 мкм).

На следующем слайде 3 приведена схема, показывающая основные функции электронного микроскопа при исследовании различных материалов, а на слайде 4 перечислены основные возможности ПЭМ.

Конструкция держателя образцов позволяет перемещать образец поступательно, вращать и наклонять его по отношению к пучку, а также нагревать образец до температуры 1000⁰С, а в некоторых случаях и выше, охлаждать образец и растягивать, деформировать образец. Для этих целей разработаны специальные приставки к микроскопу.

Лучшие ПЭМ имеют разрешающую способность меньше 0,1 нм. В качестве примера на Слайдах 5 и 6 приведено изображение микроструктуры двух образцов с высоким разрешением.

Кроме возможности исследования микроструктуры образцов с высоким разрешением, в современных микроскопах можно получить картину дифракции с участка образца с поперечным размером меньше 1 мкм. Получение дифракционной картины, соответствующей микроскопическому участку объекта (электронная микродифракция) является одним из самых важных средств структурного анализа материалов.

Электронограммы получают при съемке на просвет и на отражение. В качестве образцов можно использовать поликристаллы, монокристаллы и аморфные вещества. Наиболее полное использование возможностей электронного микроскопа достигается при изучении кристаллических материалов, приготовленных в виде тонкой фольги ( ~ 0,1 мкм). При изучении таких образцов дифракция электронов определяет контрасты электронно-микроскопического изображения, реализуется так называемый дифракционный контраст. Благодаря этому становится возможным выявление различных по кристаллической структуре участков образца, а также нарушений кристаллической структуры (субзерен, дефектов упаковки, дислокаций).

Принципиальная оптическая схема электронного микроскопа и ход лучей в электронном микроскопе приведен на Слайде 7.

Согласно дифракционной теории, изображение, которое дает объектив микроскопа, является результатом интерференции лучей, испытавших дифракцию на кристаллическом образце, или рассеивания в различных направлениях и под разными углами на аморфном образце. Апертура объектива ограничивается специальной апертурной диафрагмой, которую устанавливают возле задней фокальной плоскости объектива.(Слайд 7 повторить).

Применение малой апертуры необходимо из-за сильного влияния аберрации линз для получения максимальной разрешающей способности. При переходе от изображения структуры образца к наблюдению дифракционной картины эту диафрагму