تحقیق میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا (HRTEM)

توضیحات

عنوان: میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا(HRTEM)

• مقایسه TEM و HRTEM
• اجزاء و نحوه کارکرد میکروسکوپ‫های الکترونی عبوری
• تصویر‫برداری در میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا
• ‬‬‬‬‬‬‬‬مزایا و معایب میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا
• منابع

مقایسه TEM و HRTEM

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) یک تکنیک میکروسکوپی است که در آن باریکه ای از الکترونها از لایه بسیار نازکی از نمونه عبور داده می‫شود. این باریکه الکترونی در حین عبور، با نمونه برهمکنش می‫کند. تصویری از برهمکنش الکترونهای عبوری از میان نمونه، تشکیل می‫شود. این تصویر بزرگنمایی شده و بر روی یک ابزار تصویر برداری نظیر صفحه فلوئورسانی، صفحه ای از فیلم عکاسی و یا دوربین CCD متمرکز می‫شود. به جهت استفاده از باریکه الکترونی، امکان دستیابی به قدرت تفکیک بسیار پایینتر نسبت به میکروسکوپ‫های نوری فراهم می‫گردد.

میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا( HRTEM) ، نوع تصویربردای میکروسکوپ الکترونی عبوری است که امکان تصویربردای مستقیم ساختاری اتمی نمونه را فراهم می‫کند. HRTEM ابزار قدرتمندی برای مطالعه خواص مواد در مقیاس اتمی نظیر نیمه رساناها، فلزات، نانو ذرات و مواد کربنی با پیوندهای sp2 (نظیر گرافن و نانوتیوب های کربنی) است. از این تکنیک با عنوان میکروسکوپ الکترونی عبوری با کنتراست فازینیز یاد می‫شود. بالاترین رزولوشونی که تاکنون با این میکروسکوپ بدست آمده است، 5/0 آنگستروم می‫باشد. در این مقیاس، اتم‫های انفرادی مربوط به یک کریستال و نواقص ساختاری آن، قابل تشخیص هستند. در این میکروسپوپ، تصاویر دو بعدی با اندازه گیری توزیع فضایی دامنه موج دو بعدی بدست می‫آید. برای کریستالهای سه بعدی، تصاویر گرفته شده با زوایای مختلف، با هم ترکیب می‫شوند. این تکنیک کریستالوگرافی الکترون نامیده می‫شود.به لحاظ ابزاروری، تفاوت عمده TEM با HRTEM به سیستم تصویربردای پیشرفته در HRTEM مربوط می‫شود و سایر اجزا و قسمت‫ها مشابه یکدیگرند؛ از اینرو ابتدا ساختار کلی و نحوه کارکرد میکروسکوپ‫های الکترونی عبوری بررسی می‫شود. سپس در قسمت تصویر برداری، نحوه تصویربردای HRTEM با جنیات بیشتر ارائه می شود. در انتهای پروژه، به مزایا و معایب HRTEM برای آنالیز نمونه‫ها پرداخته می شود.

2- اجزاء و نحوه کارکرد میکروسکوپ های الکترونی عبوری

ساختار کلی میکروسکوپ الکترونی عبوری در شکل(1) نشان داده شده است. اجزای اصلی تشکیل دهنده آن عبارتند از: تفنگ الکترونی، سیستم های لنز، محفظه نمونه، سیستم تصویربردای و دوربین ها و پمپ خلاء.تفنگ الکترونی باریکه ای از الکترونهای پر انرژی تولید می‫کند که قادر به عبور از داخل نمونه های نازک است. این تفنگ شامل یک منبع الکترونی و یک سیستم شتاب دهنده است و در قسمت فوقانی دستگاه قرار می‫گیرد. دو نوع تفنگ الکترونی شامل گرما- یونی و گسیل میدانی توسعه یافته است. در تفنگ گرما- یونی بر اثر عبور جریان برق از سیم تنگستنی، دمای آن تا 2800 کلوین بالا می‫رود. از آنجا که فیلمان تنگستنی در پتانسیل منفی نسبت به آند قرار دارد، الکترونها از فیلمان داغ به سمت آند شتاب داده می گیرند. در نوع گسیل میدانی، تحت تاثیر اختلاف پتاسیل بسیار زیاد و در اثر پدیده تونل‫زنی، الکترونها از کاتد به سمت آند شتاب می گیرند. در ادامه پرتو الکترونی تولید شده توسط لنز‫های مختلفی به سمت نمونه جهت‫گیری و تقویت می‫شود. این لنز ها بر حسب نقشی که دارند نامگذاری می شوند. لنز های متمرکز کننده در فاصله بین تفنگ الکترونی و نمونه قرار دارند و برای کانونی کردن پرتوهای الکترونی استفاده می شوند. از چند متمرکز کننده نیز برای محدود نمودن پرتوهای خروجی از لنز‫ها استفاده می‫شود. لنز‫های شیئی از حساسترین بخش‫های TEM محسوب می‫شوند که نمونه بین آنها قرار می‫گیرد. بزرگنمایی اولیه، کانونی نمودن تصویر و ایجاد الگوهای پراش توسط همین لنز ها انجام می شود. باید توجه داشت که این لنز ها، سیم پیچ‫هایی هستند که با عبور جریان برق از آنها میدان مغناطیسی قوی ایجاد می‫شود که برای تمرکز کردن باریکه الکترونی بکار می‫رود. در ادامه محفظه نمونه در قسمت میانی میکروسکوپ قرار دارد. این محفطه قابلیت چرخش زیاد و جابجایی افقی در حد چند میلیمتر را دارد. نمونه به سطح گوی مانند میله نگهدارنده نمونه منتقل شده و وارد محفظه نمونه می گردد. سیستم تصویر برداری قسمت دیگر تشکیل دهنده میکروسکوب الکترونی عبوری است. اولین تصویری که توسط لنز های شیئی ایجاد می شود، معمولا بزرگنمایی 100-50 برابر دارد. این تصویر توسط لنزهای دیگری که بطور سری قرار گرفته اند، بزرگنمایی می شود و بزرگنمایی تا یک میلیون برابر قابل دستیابی است. برای بزرگنمایی کمتر نیازی به استفاده از تمام لنزها نیست. درمیکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا نیز از یک فیلتر انرژی در زیر نمونه استفاده می شود بطوریکه فقط الکترونهایی که به صورت الاستیکی متفرق شده اند و یا الکترونهایی که مقدار خاصی از انرژی خود را از دست داده اند، از آن عبور می کنند. از آنجا که الکترونهایی که بصورت غیر الاستیک متفرق شده اند، کیفیت تصویر را کاهش می دهند، فیلتر کردن این الکترونها، باعث افزایش قدرت تفکیک در میکروسکوپ HRTEM می‫شود.

شکل(1) تصویری از میکروسکوپ الکترونی عبوری و اجزای تشکیل دهنده آن

قسمت نهایی، دوربین تصویر برداری است. معمولا از دوربین های CCD استفاده می شود که این دوربین ها میزان نور ساطع شده از صفحه فلوئورسانی را می سنجند. از پمپ هایی برای ایجاد خلا در قسمت تفنگ الکترونی و نیز ستون و  قسمت تصویر برداری استفاده می شود. سیستم پمپ خلاء، برای کارکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری ضروری است چرا که در شرایط اتمسفر معمولی، الکترونها به راحتی با مولکولهای گاز پراکنش می یابند و از بین می‫روند. از آنجا که در روش HRTEM  سعی بر آن تا حد ممکن از خطای لزنها کاسته شود؛ از اینرو انواع خطای لنزهای الکترومغناطیسی نیز در این ارائه می شود.وقتی که از یک لنز دستی برای بزرگنمایی یک جسم خاص استفاده می شود، فرض بر این است که هر نقطه ی تصویر، به وسیله ی لنز، از یک نقطه ی جسم نشأت گرفته است. در مواجهه با بزرگنمایی‫هایی کم برای مقاصد عملی در چنین لنزهایی، این فرض به قوت خود باقی است. اما در میکروسکوپ های الکترونی که لنز ها با هم تلفیق شده و بزرگنمایی قابل توجهی ایجاد می نمایند، فرض «نقطه تصویر- نقطه جسم» به میزان کارکرد مناسب وابسته است. این امر نیز دور از حقیقت نیست که معمولا لنزها (شیشه ای یا مغناطیسی) دارای انحرافاتی هستند. در تصویرسازی نقطه به نقطه، خطاها کمترند، اما واقعیت تصویرسازی به صورت نقطه به صفحه (دایره ای) است. بنابراین با توجه به مقدار خطای لنز، هر نقطه از جسم به صورت یک صفحه ی دایره ای شکل (Disc) تصویر می‫شود. این صفحه به «صفحه ی آشفتگی» (Disc of Confusion) یا صفحه ی اغتشاش یافته معروف است. در ادامه به تشریح برخی از خطاها یا عیوب لنزهای مغناطیسی با ذکر منشأ خطاها و اثر آن بر پرتوی الکترونی پرداخته می شود.

 خطای کروی: این خطا هنگامی بروز می نماید که قدرت میدان در عرض فاصله ی لنز متغیر باشد. همانطور که در شکل ( 2) ملاحظه می شود، در صورت وجود خطای کروی، میزان کج شدن و انحراف دورترین الکترون ها نسبت به محور لنز بیشتر از الکترون های نزدیک تر است.

توجه:

• برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
• پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.