หลักการและโครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ชื่อเต็มของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ภาษาอังกฤษคือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เป็นเครื่องมือทางแสงอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการสังเกตโครงสร้างพื้นผิวของวัตถุ
1. หลักการของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด
การสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดนั้นขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับสสาร เมื่อลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงของมนุษย์พุ่งชนพื้นผิวของวัสดุ บริเวณที่กระตุ้นจะผลิตอิเล็กตรอนทุติยภูมิ อิเล็กตรอน Auger รังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะและรังสีเอกซ์ต่อเนื่อง อิเล็กตรอนที่กระเจิงกลับ อิเล็กตรอนส่งผ่าน และรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในรังสีอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้ และบริเวณอินฟราเรด . ในเวลาเดียวกัน สามารถสร้างคู่อิเล็กตรอน-รู การสั่นสะเทือนของโครงตาข่าย (โฟนอน) และการสั่นของอิเล็กตรอน (พลาสมอน) ได้ ตัวอย่างเช่น การรวบรวมอิเล็กตรอนทุติยภูมิและอิเล็กตรอนที่กระเจิงกลับสามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับสัณฐานวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์ของวัสดุ การรวบรวมรังสีเอกซ์สามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุได้ การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนทำงานโดยการสแกนตัวอย่างด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่ละเอียดมาก ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนทุติยภูมิที่น่าตื่นเต้นบนพื้นผิวของตัวอย่าง อิเล็กตรอนลำดับที่หนึ่งจะถูกรวบรวมโดยเครื่องตรวจจับ แปลงเป็นสัญญาณออปติคัลโดยเรืองแสงวาบ จากนั้นแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยหลอดโฟโตมัลติเพลเยอร์และแอมพลิฟายเออร์ ซึ่งควบคุมความเข้มของลำแสงอิเล็กตรอนบนหน้าจอฟอสเฟอร์ และแสดงภาพที่สแกน ในการซิงโครไนซ์กับลำอิเล็กตรอน ภาพเหล่านี้เป็นภาพสามมิติที่สะท้อนถึงโครงสร้างพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ
2. โครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด
(1) กระบอกเลนส์
กระบอกเลนส์ประกอบด้วยปืนอิเล็กตรอน เลนส์คอนเดนเซอร์ เลนส์ใกล้วัตถุ และระบบสแกน บทบาทของมันคือการสร้างลำแสงอิเล็กตรอนที่ละเอียดมาก (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณสองสามนาโนเมตร) ที่จะสแกนพื้นผิวของตัวอย่างในขณะที่สัญญาณต่างๆ น่าตื่นเต้น
(2) ระบบรับและประมวลผลสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์
ในห้องตัวอย่าง ลำแสงสแกนอิเล็กตรอนจะโต้ตอบกับตัวอย่างเพื่อสร้างสัญญาณที่หลากหลาย รวมทั้งอิเล็กตรอนทุติยภูมิ อิเล็กตรอนที่กระเจิงกลับ รังสีเอกซ์ อิเล็กตรอนที่ถูกดูดซับ อิเล็กตรอนของรัสเซีย (สว่าน) และอื่นๆ ในบรรดาสัญญาณที่กล่าวมา สิ่งสำคัญที่สุดคืออิเล็กตรอนทุติยภูมิ ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนภายนอกที่ถูกกระตุ้นโดยอิเล็กตรอนตกกระทบในอะตอมของตัวอย่าง และถูกสร้างขึ้นในบริเวณนี้ตั้งแต่นาโนเมตรจนถึงหลายสิบนาโนเมตรใต้พื้นผิวตัวอย่าง อัตราการสร้างนั้นพิจารณาจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาและองค์ประกอบของตัวอย่างเป็นหลัก ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดมักหมายถึงภาพอิเล็กตรอนทุติยภูมิ ซึ่งเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประโยชน์ที่สุดในการศึกษาภูมิประเทศพื้นผิวของตัวอย่าง โพรบของเครื่องตรวจจับที่ตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิคือตัวเรืองแสงวาบ เมื่ออิเล็กตรอนตกกระทบที่เรืองแสงวาบ แสงจะถูกสร้างขึ้นในตัวเรืองแสงวาบ แสงนี้จะถูกส่งผ่านท่อแสงไปยังหลอดโฟโตมัลติเพลเยอร์ ซึ่งจะแปลงสัญญาณไฟเป็นสัญญาณปัจจุบัน จากนั้นจึงส่งผ่านพรีแอมพลิไฟเออร์และการขยายสัญญาณวิดีโอจะแปลงสัญญาณปัจจุบันเป็นสัญญาณแรงดันไฟ ซึ่งสุดท้ายจะถูกส่งไปยังกริดของ หลอดภาพ
(3) ระบบแสดงและบันทึกสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์
การสแกนภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะแสดงบนหลอดรังสีแคโทด (หลอดภาพ) และบันทึกด้วยกล้อง มีหลอดภาพอยู่ 2 แบบ ชนิดหนึ่งใช้สำหรับการสังเกตและมีความละเอียดที่ต่ำกว่าและเป็นหลอดที่มีแสงระเรื่อยาว อีกอันใช้สำหรับบันทึกภาพและมีความละเอียดสูงกว่าและเป็นหลอดสายัณห์สั้น
(4) ระบบสูญญากาศและระบบจ่ายไฟ
ระบบสุญญากาศของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดประกอบด้วยปั๊มเชิงกลและปั๊มกระจายน้ำมัน ระบบจ่ายไฟให้พลังงานเฉพาะที่แต่ละส่วนประกอบต้องการ
3. วัตถุประสงค์ของการสแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
ฟังก์ชันพื้นฐานที่สุดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดคือการสังเกตพื้นผิวของตัวอย่างของแข็งต่างๆ ที่ความละเอียดสูง ภาพระยะชัดลึกขนาดใหญ่เป็นคุณลักษณะของการสังเกตการณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เช่น ชีววิทยา พฤกษศาสตร์ ธรณีวิทยา โลหะวิทยา ฯลฯ การสังเกตการณ์อาจเป็นพื้นผิวตัวอย่าง พื้นผิวตัด หรือภาพตัดขวาง นักโลหะวิทยายินดีที่จะเห็นพื้นผิวที่เก่าแก่หรือสึกกร่อนโดยตรง ศึกษาพื้นผิวออกไซด์ การเติบโตของผลึก หรือข้อบกพร่องจากการกัดกร่อนได้อย่างง่ายดาย ในอีกด้านหนึ่ง สามารถตรวจสอบโครงสร้างที่ละเอียดของกระดาษ สิ่งทอ ไม้ธรรมชาติหรือไม้แปรรูปได้โดยตรง และนักชีววิทยาสามารถใช้มันเพื่อศึกษาโครงสร้างของตัวอย่างขนาดเล็กที่เปราะบางได้ ตัวอย่างเช่น อนุภาคเรณู ไดอะตอม และแมลง ในทางกลับกัน สามารถถ่ายภาพสามมิติที่สอดคล้องกับพื้นผิวของตัวอย่างได้ การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดมีการใช้งานที่หลากหลายในการศึกษาวัสดุที่เป็นของแข็ง และเทียบได้กับเครื่องมืออื่นๆ สำหรับคุณสมบัติที่สมบูรณ์ของวัสดุที่เป็นของแข็ง กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด
