تفاوت میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری

آشنایی با تفاوت  SEM Vs TEM

قدرت تفکیک میکروسکوپ­‌های نوری در حدود ۱ میکرومتر است از این رو تشخیص ذرات و یا جزئیات کوچکتر از ۵ میکرومتربا استفاده از این میکروسکوپ­‌ها غیر ممکن است. برای مشاهده مواد و یا ذراتی با ابعاد کوچکتر از ۳ میکرومتر باید از میکروسکوپ­‌های الکترونی استفاده کرد. دو گروه رایج از این میکروسکوپ­‌ها، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) است.

میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

در میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) پرتوی از الکترو‌ن­ های پر انرژی به سطح برخورد می­کند و بر اثر این برخورد الکترو‌‌ن‌­های مختلفی از سطح خارج می‌­شوند. مهمترین الکترون­ های خروجی از سطح الکترون­‌های بازگشتی و ثانویه است. الکترون­‌های بازگشتی پر انرژی هستند و تعداد آن­ها وابسته به میانگین عدد اتمی نمونه در سطح مقطع برخورد پرتو الکترونی است. الکترون­‌های ثانویه، الکترون­‌های کم انرژی­‌تری هستند که تعداد آن­ها وابستگی زیادی به زاویه سطح دارد. از این رو کنتراست تصویر در تصاویر میکروسکوپ SEM در حالت الکترون بازگشتی بیشتر نشانگر تفاوت عدد اتمی در نقاط مختلف نمونه است ولی در حالت بازگشتی بیشتر بیانگر شکل سطح است. مطابق شکل زیر تصاویر a و C مربوط به تصویر برداری SEM در حالت الکترون ثانویه است و تصاویر b و d مربوط به همان منطقه در حالت تصویر برداری الکترون بازگشتی است. در حالت الکترون ثانویه پستی و بلندی­‌های سطح نمونه به خوبی مشخص است و کریستال­‌هایی دیده می­‌شود که بین آن­ها ذرات قرار دارند. در تصاویر الکترون بازگشتی پستی و بلندی­‌های سطح به خوبی مشخص نیست ولی کنتراست مشهودی بین ذرات قرار گرفته بین بلور­ها مشاهده می­‌شود این امر بیان می­‌کند که جنس ذرات بین بلور­ها با بلور­ها متفاوت است. مناطق روشن تر در حالت تصویر برداری مربوط به مواد و ترکیباتی با عدد اتمی بیشتر است.

شکل 1: نمونه تصویر حاصل از تصویربرداری SEM

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)

در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) پرتو الکترونی به بخش بزرگی از نمونه تابیده میشود و پرتو الکترونی از نمونه عبور می­‌کند. پرتو الکترونی عبوری روی یک صفحه حساس به پرتو الکترونی تابانده می­شود و از این طریق تصویر ایجاد می­‌شود. برای این که پرتو الکترونی بتواند از داخل نمونه عبور کند ضخامت نمونه باید کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. از این رو برای تصویر برداری از نمونه­ های غیر پودری، نیاز است تا نمونه نازک شود و این امر در برخی موارد بسیار مشکل است. برای نمونه­ های پودری با اندازه ذرات کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر نیاز به آماده سازی خاصی وجود ندارد.

در TEM دو حالت تصویر برداری میدان تاریک (Dark Field) و میدان روشن (bright field) وجود دارد. در تصویر برداری میدان روشن (Bright field) از الکترون‌های عبوری­­ که تغییر جهت کمی داده اند استفاده می­شود ولی در تصویر برداری میدان تاریک از آن دسته پرتوهای عبوری از نمونه استفاده می­شود که با زاویه زیادی از مسیر ورودی پراکنده شده­ اند. به طور معمول از تصویر میدان روشن برای بررسی جزئیات یک فاز استفاده می­شود و از تصاویر میدان تاریک برای تشخیص و تفکیک ماده­ با دوفاز (به صورت نانو کامپوزیتی) استفاده می­شود. جزئیات فاز زمینه در تصویر میدان روشن به خوبی قابل تشخیص است ولی نمی­توان اندازه ذرات فاز دوم را به خوبی مشخص کرد و یا مشخص کرد که کدام یک از پستی یا بلندی­‌های روی تصویر مربوط به فاز دوم است یا مربوط به پستی بلندی­‌های ایجاد شده در هنگام آماده سازی نمونه. از این رو با تصویر برداری میدان تاریک می­‌توان فاز دوم (نقاط روشن در تصویر میدان تاریک) را به خوبی تشخیص داد.

مقایسه و تفاوت SEM با TEM

SEM حداکثر می­‌تواند ذرات و جزئیاتی با اندازه ۲۰ نانو متری را نشان­ دهد از این رو به طور معمول از TEM برای مشاهده ذرات، دانه­ ها و یا جزئیات کوچکتر از ۲۰ نانومتر استفاده می­شود. TEM قدرت بزرگ نمایی و تفکیک بالاتری نسبت به SEM دارد ولی آماده سازی نمونه ای غیر پودری برای TEM هزینه بر و زمان بر است. SEM از سطح نمونه تصویر برداری می­کند از این رو برای بررسی پدیده­ های سطحی و بررسی مورفولوژی باید از SEM استفاده کرد.