mikroskop elektronowy transmisyjny
 
Encyklopedia PWN
mikroskop elektronowy transmisyjny, ang. Transmission Electron Microscope (TEM),
przyrząd do badania (obrazowania) struktury ciał, gł. ciał stałych, w którym wykorzystuje się strumień elektronów o dużej energii skupiany przez soczewki elektromagnetyczne;
obraz powstaje (na ekranie lub błonie fot.) po przejściu elektronów przez cienki preparat badanej substancji. Głównymi elementami konstrukcyjnymi TEM są: 1) działo elektronowe, tj. źródło elektronów, działające na zasadzie termoemisji (z drutu wolframowego lub kryształu LaB6) lub emisji polowej (z wolframowego ostrza); 2) kondensor — układ 2–3 soczewek elektromagnetycznych, formujących wiązkę elektronów oświetlającą preparat i umożliwiających zmianę stopnia skupienia tej wiązki, a tym samym jasności obrazu; 3) uchwyt preparatu umożliwiający jego przesuwanie i nachylanie względem wiązki elektronów; 4) układ 3–6 soczewek elektronowych, tworzących powiększony obraz (od 100 do 1 000 000 razy); 5) układ, obserwacji i rejestracji obrazu składający się z ekranu fluorescencyjnego (służącego do obserwacji obrazu) oraz kamery fot. lub kamery CCD. W kolumnie mikroskopu, przez którą przechodzi wiązka elektronów, jest utrzymywana próżnia, do czego służy układ składający się z pompy rotacyjnej, pomp dyfuzyjnych i jonowych.
Elektrony są przyspieszane w polu elektr., wytworzonym przez przyłożenie zewn. napięcia 100–400 kV (1–2 MV w mikroskopach wysokonapięciowych), osiągając energię, której odpowiadają fale de Broglie’a o małej długości. Dzięki temu uzyskuje się dużą rozdzielczość obrazów (sięgającą 0,12 nm), co pozwala na odwzorowanie struktury preparatów w skali atomowej. Kontrast uzyskiwanych w TEM obrazów zależy od tego, czy przez przesłonę obiektywu przechodzi jedynie wiązka elektronów, które nie uległy dyfrakcji, czy też przechodzi przez nią jeszcze kilka wiązek ugiętych na sieci krystal. preparatu. W pierwszym przypadku różny kontrast na obrazie mają ziarna o różnej orientacji i są widoczne defekty struktury krystal., w drugim — wiązki ugięte po przejściu przez przesłonę obiektywu interferują ze sobą, wskutek czego powstaje obraz struktury w skali atomowej o dużej rozdzielczości. Wysunięcie przesłony obiektywu z osi opt. umożliwia rejestrację pełnego obrazu dyfrakcji elektronów na sieci krystal. preparatu. TEM pełni wówczas również funkcję dyfraktografu elektronowego. Dodatkowym źródłem informacji o badanym preparacie jest wzbudzane przez przechodzącą wiązkę elektronów promieniowanie rentgenowskie, charakterystyczne dla atomów, z których składa się preparat. Analiza tego promieniowania przy użyciu spektrometru rentgenowskiego (będącego częścią TEM) pozwala na określenie składu chem. wybranych obszarów preparatu z rozdzielczością do 1 nm. Współczesny TEM jest więc wielofunkcyjnym instrumentem służącym do badania struktury materiałów.
TEM jest stosowany zarówno w naukach biol. i medycynie, gdzie m.in. umożliwił poznanie subtelnych szczegółów budowy komórek żywych organizmów, np. bakterii i wirusów, jak też w fizyce ciała stałego, inżynierii materiałowej i mineralogii, gdzie stał się podstawowym narzędziem badania defektów struktury krystalicznej. W naukach techn., dzięki zastosowaniu TEM, wyjaśniono naturę elementarnych mechanizmów deformacji plast. materiałów konstrukcyjnych („zobaczono” np. dyslokacje w kryształach) i poznano mechanizmy przemian strukturalnych zachodzących podczas chłodzenia i ogrzewania materiałów o złożonym składzie fazowym (gł. stopów metali). Przyczyniło się to w 2. poł. XX w. do wytworzenia wielu nowych materiałów, które znalazły zastosowanie w elektronice, przemyśle chem. i motoryzacyjnym, telekomunikacji i in. Wysokonapięciowe TEM, w których elektrony osiągają bardzo duże energie, są stosowane gł. do badania defektów radiacyjnych w materiałach używanych do budowy reaktorów jądr. (także do wytwarzania tych defektów); używa się ich również do badania procesów deformacji materiałów.
Prototyp m.e.t. zbudowali 1931 E. Ruska i M. Knoll (1986 Ruska otrzymał za to Nagrodę Nobla), pierwszą użyteczną wersję zbudowano 1938 w firmie Siemens und Halske; m.e.t. zaczęto jednak szeroko stosować dopiero od poł. XX w. Przez długi czas (do 1955) gł. przeszkodą w ich stosowaniu była trudność uzyskania dostatecznie cienkich preparatów (poniżej 0,1 µm). Równocześnie z rozwojem konstrukcyjnym m.e.t. opracowywano coraz lepsze metody przygotowywania preparatów, a zwłaszcza ich ścieniania bez powodowania zmian pierwotnej struktury. Obecnie do badań za pomocą TEM można wykonywać preparaty z dowolnych materiałów, także z zamrożonych zawiesin wodnych (tzw. kriomikroskopia, wykorzystywana w technologii chem., biologii i medycynie).
Jan Kozubowski
Bibliografia
A. Oleś Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, Warszawa 1998.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia