Constructie en werking van een transmissie -elektronenmicroscoop (TEM)

Constructie:

Een TEM bestaat uit verschillende belangrijke componenten:

1. Elektronenpistool:

- Genereert een straal elektronen met hoge energie.

- Gebruikt meestal een verwarmde wolfraamfilament als de elektronenbron.

- Elektronen worden versneld door een hoge spanning (meestal 100-300 kV).

2. Condensorlens systeem:

- Richt de elektronenstraal op het monster.

- maakt controle van de bundelintensiteit en -grootte mogelijk.

3. Specimen Stage:

- bevat het monster, meestal dunne plakjes of films.

- Maakt een precieze beweging mogelijk en kantelt het monster.

4. Objectieve lens:

- De belangrijkste lens in het systeem.

- Creëert een vergroot beeld van het monster.

- heeft een zeer korte brandpuntsafstand voor hoge resolutie.

5. Gemiddeld lens:

- Geef de afbeelding door van de objectieve lens naar de projectorlens.

- Kan worden gebruikt om de vergroting en het beeldcontrast aan te passen.

6. Projectorlens:

- Vergroot de afbeelding verder en projecteert het op het kijkscherm of een digitale camera.

7. Scherm/detector bekijken:

- Toont de uiteindelijke afbeelding.

- Kan een fluorescerend scherm of een digitale camera zijn.

8. Vacuümsysteem:

- Handhaaft een hoog vacuüm in de microscoopkolom.

- Voorkomt verstrooiing van de elektronenstraal door luchtmoleculen.

9. Voeding:

- Biedt de hoge spanning die nodig is voor het elektronenpistool.

- Levert ook stroom aan de lenzen en andere componenten.

Werken:

1. Elektronenstraalgeneratie:

- Het elektronenpistool straalt een straal elektronen met hoge energie uit.

2. Balk Focussing:

- De condensorlenzen concentreren de balk op het monster.

3. Specimen Interactie:

- De elektronenstraal interageert met het monster.

- Sommige elektronen gaan door het monster, terwijl anderen verspreid zijn.

4. Afbeeldingsvorming:

- De objectieve lens vergroot het beeld gevormd door de verspreide en verzonden elektronen.

- De tussenliggende en projectorlenzen vergroten het beeld verder.

5. Afbeeldingsvisualisatie:

- De afbeelding wordt weergegeven op het weergavescherm of vastgelegd door een digitale camera.

beeldvorming in TEM:

TEM vertrouwt op het verstrooien van elektronen door het monster. Verschillende materialen hebben verschillende verstrooiingsmogelijkheden:

- zware atomen Verspreid elektronen sterker dan lichte atomen.

- Dichte materialen Verspreid elektronen sterker dan minder dichte materialen.

Elektronenverstrooiing:

- Elastische verstrooiing:elektronen veranderen van richting maar geen energie.

- Inelastische verstrooiing:elektronen verliezen energie aan het monster.

Afbeeldingscontrast:

- Het beeldcontrast wordt bepaald door het verschil in verstrooiing tussen verschillende delen van het monster.

- Gebieden met hoge elektronenverstrooiing lijken donker, terwijl gebieden met een laag verstrooiing helder lijken.

Toepassingen van TEM:

- Materialenwetenschap:studie van kristalstructuren, defecten en fasen.

- Biologie:studie van cellen, organellen en virussen.

- Nanotechnologie:karakterisering van nanomaterialen en apparaten.

- Geologie:analyse van minerale samenstelling en structuur.

Voordelen van TEM:

- Hoge resolutie:kan een atoomresolutie bereiken.

- Hoge vergroting:kan objecten tot een miljoen keer vergroten.

- Biedt informatie over de interne structuur van materialen.

Nadelen van TEM:

- Vereist dunne monsters (meestal minder dan 100 nm).

- Kan duur zijn om te kopen en te bedienen.

- Het monster kan worden beschadigd door de elektronenstraal.

Conclusie:

De TEM is een krachtig hulpmiddel om de structuur en samenstelling van materialen op nanoschaal te bestuderen. Het vermogen om de atomaire structuur van materialen te visualiseren en te analyseren, maakt het onmisbaar op vele gebieden van wetenschap en engineering.