Проcвечивaющaя электроннaя микроcкопия

       Окрашивание может  быть использовано  для повышения  контрастного различия структур  образца в                                                                                                                                                                                   электронной микроскопии. Соединения тяжелых металлов, таких как осмий, свинец  или уран  - могут  быть использован для селективного осаждения тяжелых атомов в областях образца, что  способствует повышению детализации структурирования от плотных ядер тяжелых атомов рассеиваемых электронов из оптического пути. Электроны, которые остаются в пучке могут быть обнаружены с помощью фотопленки или флуоресцентного  экрана среди других технологий. Так области, где электроны были разбросаны в образце,  отражаются более темными областями на экране, или на позитивном изображение за счет  рассеяния.

 

Поправки

       Возможности ПЭМ  могут  быть дополнительно расширен  с помощью дополнительных этапов  и детекторов, иногда объединенных  в  том же микроскопе . Изображение  образцов,  преобразованных в  стекловидный лёд, один из  предпочтительных  методов подготовки для работы  с изображениями отдельных молекул  или макромолекулярных сборок.Аналитическая ПЭМ  оснащена  детекторами, с помощью  которых можно определить элементный состав образца путем анализа его рентгеновского спектра или потерь энергии спектра передаваемых электронов.       Современные исследовательские ПЭМ могут  включать в себя аберрационные корректоры, чтобы уменьшить количество искажений в изображении, позволяя получить  информацию об особенностях в масштабе 0,1 нм, которые будут получены (разрешением до 0,05 нм были достигнуты) с увеличением в 50 миллионов раз.       Монохроматоры также могут быть использованы для  уменьшения распространение энергии падающего пучка электронов до менее чем 0,15 эВ. Основные производители ПЕМ включают  JEOL, Hitachi высоких технологий, FEI Company (от слияния с Philips Electron Optics), и Carl Zeiss.

Применение ПЭМ

       ПЭМ  широко  используется как в материаловедении, так и в металлургия и биологических науках. В обоих случаях образцы должны быть очень тонкими  и способными выдерживать высокое разрежение пучков электронов присутствующих внутри прибора. Для биологических образцов, максимальная толщина образца составляет примерно 1 микрометр. Биологические образцы в вакууме, как правило, выдерживают при температуре жидкого азота. Образец погружают в стекловидный лед  или фиксируют с помощью отрицательного окрашивания материала. Типичные биологические приложения включают в себя томографические реконструкции малых клеток или тонких срезов более крупных клеток, а так же  3-D реконструкций отдельных молекул через одну частицу реконструкции. Фокусирование  ионного пучка (ФИП) является относительно новым методом  для отделения тонких образцов для крупных экземпляров. ФИП может быть использован для более точного исследования, например,   тонких мембран из определенной области образца, таких как полупроводники или металлы. Материалы, которые имеют достаточно  малые размеры, такие как порошки или нанотрубоки -  исследуются более быстрым путем  с помощью осаждения из разбавленного образца на опорные решетки. В качестве супензии зачастую используют  летучий растворитель, такой как этанол. Гарантия того, что растворитель быстро испаряется позволяет быстрее анализировать образец.

       Методы визуализации, описанные ниже, особенно важен в области материаловедения. Ошибки в кристаллах влияют как на механические,  так и на  электронные свойства материалов, поэтому понимание того, как они ведут себя дает общую картину понимание процесса. Тщательный выбор ориентации образца, позволяет не только определить положение дефектов, но также определить тип дефекта. Если образец ориентирован таким образом, что меняет угол дифракции (известный как угол Брэгга), любое искажение кристаллической плоскости, локально наклоняет плоскость с углом Брэгга, будет производить особенно сильные изменения контраста.  Однако дефекты  производящие смещение атомов, которые не наклоняет кристалл под углом Брэгга (т.е. перемещения параллельно плоскости кристалла) не будет производить сильный контраст.

      Кроме того, этот  метод ВРПЭМ позволяет непосредственное  наблюдение кристаллической структуры  и, следовательно, имеет преимущество  перед другими методами, в том, что отсутствует смещения между  местоположениями дефекта и вариации  контраста, вызванного в изображении.  Тем не менее, это не всегда  можно интерпретировать изображения  решеткинепосредственно в терминах  структуры образца или композиции. Это происходит потому, что изображение  является чувствительным к ряду  факторов (толщина образца и ориентация, линза объектива дефокусировки, сферических и хроматических  аберраций). И хотя, количественная  интерпретация в отличиях  показана  на решетки изображений можно, он по своей природе сложными и могут потребовать значительных моделирование изображений.  Компьютерное моделирование этих образов добавляет новый слой понимания к изучению кристаллических материалов.

Изображений в ПЭМ

       Контраст в  ПЭМ изображение не как отличие  в световом микроскопе изображение. Кристаллический материал взаимодействует  с электронным пучком в основном  за счет дифракции, а отсутствием  поглощения, хотя интенсивность  прошедшего пучка по-прежнему  зависит от объема и плотности  материала, через которые он проходит. Интенсивность дифракции, зависит  от ориентации плоскостей атомов  в кристаллической структуры  относительно электронного пучка; при определенных углах электронный  пучок дифрагирует сильно от  оси входящего пучка, а под  другими углами света в значительной  степени передается.

       Современные ПЭМ  часто оснащены держателями образцов, которые позволяют пользователю  наклонить образец в таком  диапазоне углов, чтобы получить  конкретные условия дифракции. Отверстия, размещенные ниже уровня  образца дают возможность пользователю выбрать электроны, отражённые в определенном направлении. Высокий контраст изображения может быть сформирован путем блокирования отклонения  электронов от оптической оси микроскопа, поместив отверстие, чтобы позволить только электронов через нерассеянный. Это приводит к изменению интенсивности электронного пучка который показывает информацию о структуре кристалла, и может быть просмотрен на флуоресцентном экране, или записываться на фотопленку или захвачен в плен в электронном виде. Этот метод (известный как светлое поле или светового поля) особенно чувствителен к протяженным дефектам кристаллической решетки. В противном случае упорядоченный кристалла, таких как дислокации. Как местный кристалл искажает изображение вокруг дефекта изменяет угол плоскости кристалла, так интенсивность рассеяния будет изменяться вокруг дефекта.

       Поскольку изображение  формируется путем искажения  кристаллических плоскостей вокруг  дефекта, контраст в этих изображениях  обычно не совпадает в точности  с дефектом, но немного в сторону.Также возможно, произвести изображение от электронов, отклоненных от конкретной кристаллической плоскости. Либо перемещением диафрагмы в положении отклоненных электронов, или наклона электронного пучка, так что эти отклонения  проходят через отверстие с центром, изображение может быть сформирован только из отклоненных электронов, известных как в темном поле изображения.

       В наиболее  мощных участках дифракционного  контраста ПЭМ инструментов, кристаллическая  структура также может быть  исследована с высоким разрешением  просвечивающей электронной микроскопии (ВРПЭМ), также известный как фазового контраста. Изображения формируются из-за разницы в фазе электронных волн, рассеянных через тонкий образец.Постановление ПЭМВР ограничивается сферической и хроматической аберрацей, но новое поколение аберрации корректоров смогла преодолеть сферическую аберрацию.Коррекция сферической аберрации позволяет  получение изображений с достаточным разрешением, чтобы показать атомов углерода в алмазе разделяют лишь 0,89 ангстрем (89 часов, один Ангстрем является 0,0000000001 метра или 100 пм) и атомов в кремнии при 0,78 ангстрем (78 часов ) с увеличением в 50 миллионов раз. Улучшенние резолюции также позволило визуализировать легкие атомы, которые рассеивают электроны менее эффективно,  например, атомы лития были отображены в материалах литиевых батарей. Возможность определения положения атомов внутри материалов составил HRTEM незаменимым инструментом для нанотехнологических исследований и разработок в различных областях, в том числе гетерогенного катализа и развития полупроводниковых приборов для электроники и фотоники.

Ограничения

      Есть целый ряд  недостатков в технике ПЭМ. Многие  материалы требуют тщательной  подготовки образца для того  получить достаточно тонкий образец, чтобы быть электронно прозрачным, что делает ПЭМ анализ относительно  затратным по времени процесс  с низкой производительностью  образцов.

Структура выборки может быть также изменена в процессе подготовки. Кроме того, поле зрения является относительно небольшим, в результате чего возможность того, что анализируемая область характеризировать весь образец анализировали не может быть характеристикой всего образца. Существует вероятность того, что образец может быть поврежден электронным пучком, в частности, в случае биологических материалов.

 

http://www.bionity.com/en/encyclopedia/Transmission_electron_microscopy.html

 

Словарь

Absorption – поглощение.

Aperture – апертура.

Сorrector - корректор.

Deflected – отклоненный.

Dimensions – размеры.

Displacement – смещение.

Diffracting – дифрагирующие.

Еlectromagnetic – электромагнитный.

Equipped – оборудованный.

Energy-loss spectrum - спектр потерь энергии.

Focused ion beam - сфокусированный пучок ионов.

Grids – сетка.

Heterogeneous – гетерогенный.

Lattice defects - структурные дефекты.

Limitations – ограничения.

Monochromators – монохроматоры.

Nanotechnology – нанотехнологии.

Plastic embedding - пластиковые вложение.

Quantitative interpretation - количественная интерпретация.

Scattering – рассеяние.

Semiconductor – полупроводник.

Specimen – образец.

Transmission electron microscopy (TEM) - Просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).