میکروسکوپ الکترونی عبوری چیست؟

میکروسکوپ الکترونی عبوری  (Transmission electron microscope – TEM) یکی از آنالیزهای میکروسکوپی بسیار پر کاربرد جهت بررسی و مطالعه ریز ساختار و مورفولوژی مواد می باشد. ویژگی اصل میکروسکوپ TEM قدرت تفکیک بالا و بزرگنمایی خیلی زیاد می باشد.

با استفاده از آناليز TEM علاوه بر موارد فوق، می توان ساختارهای بلوری، تقارن، جهت‌گیری و نقائص بلوری را نیز مطالعه نمود. امروزه آنالیز TEM کاربرد بسیار زیادی در بسیاری از حوزه ها مانند پزشکی، فیزیک، شیمی، بلورشناسی، علم مواد و زیست‌شناسی پیدا کرده است. در شکل ۱ تصویری از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داده شده است.

شكل1: ميكروسكوپ الكتروني عبوري

کاربرد میکروسکوپ الکترونی عبوری

در خانواده میکروسکوپ های الکترونی، بهترین قدرت تفکیک و بزرگنمایی مربوط به میکروسکوپ TEM است. از این میکروسکوپ می توان برای تصویربرداری از نمونه های پودری و بالک، فلزی و غیر فلزی استفاده کرد. معمولا برای دیدن جزییات با اندازه زیر حدود ۱۰ نانو متر از TEM استفاده می شود و برای اندازه های بزرگتر از ۱۰ نانومتر از میکروسکوپ های الکترونی روبشی استفاده می شود. مهترین عیب این میکروسکوپ، آماده سازی نمونه هاست که معمولا کاری سخت و زمان بر است ولی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

آنالیز TEM، آنالیزی است که نتایج نهایی آن به شدت به نحوه آماده سازی نمونه بستگی دارد. هر چقدر این آماده سازی با دقت بیشتری انجام شود، نتایج بدست آمده نیز دقیق تر خواهند بود. میکروسکوپ TEM می‌تواند ریز ساختار مواد را با قدرت تفکیکی تا ابعاد اتمی نشان دهد. با استفاده از میکروسکوپ TEM می توان علاوه بر مشاهده ریز ساختار می توان اطلاعات مشروح دیگری از قبیل مکانیزم‌های جوانه زنی و رشد، نوع ناجابجایی‌ها، اندازه، تعداد و توزیع رسوبات، حرکت ترک‌ها و… را بدست آورد. با توجه به اینکه ریز ساختار مواد تعیین کننده بسیاری از خواص فیزیکی و مکانیکی ماده است، می‌توان ارتباط بین آن‌ها را با استفاده از TEM مورد مطالعه قرار داد. در شکل ۲ ریز ساختار چند ترکیب که با استفاده از TEM تصویر برداری شده، نشان داده شده است.

به طور کلی با استفاده از TEM، تصاویر دو بعدی تشکیل می شوند. نمونه های بالک فلزی با روش های مختلف که معروف ترین آنها روش FIB است، آماده سازی می شوند. در مورد نمونه های پودری کار آماده سازی بسیار ساده تر است و معمولا با روش هایی مانند التراسونیک حمامی و پرابی پخش و در نهایت روی یک گرید از جنس مواد رسانا مانند کربن و مس نشانده می شوند.

شکل ۲: ریز ساختار چند ترکیب که با استفاده از TEM نشان داده شده است.

اجزای میکروسکوپ الکترونی عبوری :

در شکل ۳، اجزای اصلی TEM نشان داده شده‌ است. همان‌طور که در شکل نشان داده شده است، اجزای اصلی دستگاه TEM شامل مواردی مانند تفنگ الکترونی، انواع عدسی های الکترومغناطیسی، نگهدارنده نمونه، پرده فلورسنت و دوربین عکاسی می باشد. در ادامه به معرفی برخی از اجزای میکروسکوپ پرداخته می شود:

• تفنگ الکترونی : این بخش منبع تولید الکترون در میکروسکوپ می باشد. در این بخش الکترون ها تولید می شوند و سپس در یک میدان الکتریکی در محدوده اختلاف پتانسیل ۴۰ الی۲۰۰ کیلو ولت شتاب می گیرند. ویژگی میکروسکوپ های الکترونی این است که شتاب الکترون ها قابل کنترل می باشد. میزان انرژی و شتاب الکترون‌ها، به طبیعت نمونه و اطلاعات مورد نیاز بستگی دارد.
• سیستم عدسی ها : پس از تفنگ الکترونی، سیستم عدسی های الکترومغناطیسی قرار گرفته است. برخلاف میکروسکوپ های نوری که وظیفه عدسی ها بزرگنمایی است، در میکروسکوپ های الکترونی وظیفه آنها، تنظیم باریکه الکترونی روی سطح نمونه برای تشکیل تصویر است. این عدسی‌ها به کمک یکدیگر باریکه الکترون های منتشر شده از تفنگ الکترونی را باریک کرده و قطر آن را هنگام برخورد با نمونه کنترل می‌کنند. قطر باریکه روی بزرگنمایی و قدرت تفکیک نهایی موثر است. بین عدسی‌های متمرکز کننده نیز، دریچه متمرکز کننده قرار دارد و برای کنترل مقدار زاویه همگرایی پرتو مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• علاوه بر عدسی های متمرکز کننده، عدسی های شیئی و تصویری نیز در ساختار میکروسکوپ وجود دارند. نقش عدسی شیئی تشکیل تصویر یا الگوی پراش میانی است. در مرحله بعد این تصویر توسط عدسی‌های تصویری بزرگ شده و بر روی صفحه نمایش، نشان داده می‌شود.
• محفظه نمونه : محفظه نمونه همانطور که از نام آن پیداست، قسمتی است نمونه روی آن قرار می گیرد. این قسمت‌ زیر سیستم متمرکز کننده قرار دارد. نمونه های آماده سازی شده، باید در داخل محفظه نمونه قرار گیرند. نمونه ها در داخل محفظه، می توانند در حد چند میلی‌متر جابه‌جا شده و به میزان مشخصی چرخش داشته باشند. علاوه بر این، محفظه نمونه این قابلیت را دارد که علاوه بر الکترون ها، پرتوهای الکترومغناطیسی نیز از آن خارج شوند.

شکل ۳- اجزای اصلی میکروسکوپ TEM

برای  آشنایی بیشتر با میکروسکوپ الکترونی عبوری و توانمندی های آن در آنالیز نمونه ها می توانید ویدئوی زیر را مشاهده نمایید.