کاربردهای میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)

آنالیز TEM یا میکروسکوپ الکترونی عبوری  یکی از روش های مشخصه یابی و آنالیز بسیار پر کاربرد در بررسی و مطالعه مواد در مقیاس نانو می باشد. میکروسکوپ های TEM قادرند تصویر ریزساختار ماده را با بزرگ­نمایی و قدرت تفکیک بالاتری نسبت به میکروسکوپ‌های SEM تولید کنند. قدرت تفکیک بالای TEM منجر به دیدن جزییاتی با ابعاد معمولا زیر ۲۰ نانومتر در نمونه ها می شود. علت قدرت تفکیک بهتر کوتاه بودن طول ­موج‌ الکترون­ های استفاده شده برای نوردهی در این میکروسکوپ­ ها می باشد. ریزساختار خانواده های مختلفی از مواد از قبیل فلزات، سرامیک­ ها، مواد معدنی، پلیمرها و مواد بیولوژیکی در بزرگنمایی­ های بسیار زیاد با استفاده از TEM قابل بررسی است. از دیگر کاربردهای TEM می توان به شناسایی ترکیبات شیمیایی، ساختار بلوری، فازهای غیر آلی، رسوبات و آلودگی­ ها اشاره کرد.

برای آشنایی بیشتر با میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و توانمندی ها آن در تصویربرداری و آنالیز مواد می توانید ویدئوی زیر را مشاهده نمایید:

نمونه های آماده شده برای TEM می بایست ضخامت خیلی کمی داشته باشند به همین دلیل می­ توان در نظر گرفت که تمامی الکترون­ ها از داخل نمونه عبور می کنند و درصد بسیار کمی الکترون­ های برگشتی وجود دارد. هنگامی­که الکترون­ ها از داخل یک نمونه عبور می­ کنند به دو صورت الاستیکی و غیر الاستیکی تفرق حاصل می­شود. با قرار دادن یک صفحه نمایش مناسب می ­توان توزیع فضایی الکترون­ های متفرق شده که الگوی پراش نامیده می ­شود را آشکار کرد. توزیع زاویه ­ای الکترون ­های متفرق شده و شدت تفرق دو پارامتر مهم در پراش الکترونی هستند. شکل هندسی الگوهای پراش الکترونی، نسبتا ساده بوده و با استفاده از آن می ­توان اطلاعات مفیدی درباره مواد کریستالی مانند ساختار و جهت کریستالی بدست آورد. اطلاعات بدست آمده از الگوی پراش الکترونی، کمک شایانی به فهم و تفسیر تصاویر بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی عبوری می­ نماید. 

شکل 1: نمونه­ ای از الگوی پراش که مربوط به رسوبات Al_۳Li

استفاده از روش میکروسکوپ الکترونی عبوری برای شناسایی ریز ساختار مواد علاوه بر کارایی بالا در این زمینه، محدودیت ­هایی نیز دارد. از جمله می­ توان به وقتگیر بودن آماده سازی نمونه ­ها اشاره کرد. ضمن اینکه به علت نازک کردن ضخامت نمونه ­ها ممکن است ریز ساختار ماده مثل چگالی نابجایی ­ها دچار تغییر شود. برای رفع این محدودیت­ ها می­توان از روش پراش پرتو ایکس (آنالیز XRD)  به عنوان یک روش کیفی و کمی در شناسایی ریز ساختار مواد استفاده کرد.

در ادامه بصورت خلاصه کاربردهای TEM آمده است :

• بررسی ریزساختار مواد با جزییات زیر ۲۰ نانومتر
• بررسی رسوب ها
• بررسی سطوح شکست
• تعیین جهت رشد مواد بلوری و صفحات کریستالی
• شناسایی ترکیب شیمایی فازهای غیرآلی
• تعیین عیوب بلوری و مرزدانه‌ها
• استحاله‌های فازی
• تشخیص مناطق دارای تنش پسماند
• مطالعه سرامیک‌ها و کانی‌ها

شکل 2: تصویر دانه ها و مرزدانه های یک ماده بلوری با استفاده از TEM