Электронная микроскопия
Создание растрового электронного микроскопа (РЭМ) и его популярность у физиков, химиков, криминалистов. Развитие методов исследования, позволяющих объяснить явления, происходящие в микромире. Высокая яркость и эффективность использования электронов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.12.2014 |
| Размер файла | 647,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Биологические исследования были распространены на микроорганизмы, особенно на вирусы, которые не разрешаются световыми микроскопами. ПЭМ позволила выявить, например, структуры бактериофагов и расположение субъединиц в белковых оболочках вирусов. Кроме того, методами позитивного и негативного окрашивания удалось выявить структуру с субъединицами в ряде других важных биологических микроструктур. Методы усиления контраста нуклеиновых кислот позволили наблюдать одно- и двунитные ДНК. Эти длинные линейные молекулы распластывают в слой основного белка и накладывают на тонкую пленку. Затем на образец вакуумным напылением наносят очень тонкий слой тяжелого металла. Этот слой тяжелого металла "оттеняет" образец, благодаря чему последний при наблюдении в ОПЭМ выглядит как бы освещенным с той стороны, с которой напылялся металл. Если же вращать образец во время напыления, то металл накапливается вокруг частиц со всех сторон равномерно (как снежный ком).
Высоковольтная микроскопия
В настоящее время промышленность выпускает высоковольтные варианты ОПЭМ с ускоряющим напряжением от 300 до 400 кВ. Такие микроскопы имеют более высокую проникающую способность, чем у низковольтных приборов, причем почти не уступают в этом отношении микроскопам с напряжением 1 млн. вольт, которые строились в прошлом. Современные высоковольтные микроскопы достаточно компактны и могут быть установлены в обычном лабораторном помещении. Их повышенная проникающая способность оказывается очень ценным свойством при исследовании дефектов в более толстых кристаллах, особенно таких, из которых невозможно сделать тонкие образцы. В биологии их высокая проникающая способность дает возможность исследовать целые клетки, не разрезая их. Кроме того, с помощью таких микроскопов можно получать объемные изображения толстых объектов.
Радиационное повреждение
Поскольку электроны представляют собой ионизирующее излучение, образец в ЭМ постоянно подвергается его воздействию. Следовательно, образцы всегда подвергаются радиационному повреждению. Типичная доза излучения, поглощаемая тонким образцом за время регистрации микрофотографии в ОПЭМ, примерно соответствует энергии, которой было бы достаточно для полного испарения холодной воды из пруда глубиной 4 м с площадью поверхности 1 га. Чтобы уменьшить радиационное повреждение образца, необходимо использовать различные методы его подготовки: окрашивание, заливку, замораживание. Кроме того, можно регистрировать изображение при дозах электронов, в 100 - 1000 раз меньших, нежели по стандартной методике, а затем улучшать его методами компьютерной обработки изображений.
4. Современные виды ПЭМ
Просвечивающий электронный микроскоп Titan 80 - 300 с атомным разрешением
Современный просвечивающий электронный микроскоп Titan™ 80 - 300 дает изображение наноструктур на суб-ангстремном уровне. Электронный микроскоп Титан работает в диапазоне 80 - 300 кВ с возможностями коррекции сферической аберрации и монохроматичности. Данный электронный микроскоп соответствует жестким требованиям максимальной механической, тепловой и электрической стабильности, так же, как точным юстировкам усовершенствованных компонентов. Титан расширяет разрешающие возможности спектроскопии при измерении запрещенных энергетических зон и электронных свойств и позволяет пользователю получить четкие изображения границ раздела и наиболее полно интерпретировать полученные данные.
JEOL JEM - 3010 300 кВ просвечивающий электронный микроскоп
300-киловольтный аналитический электронный микроскоп высокой точности и сверхвысокого разрешения сконструирован таким образом, чтобы одновременно можно было наблюдать изображение на атомарном уровне и прицельно анализировать образец. В данном микроскопе использовано много новых разработок, в том числе компактная электронная пушка на 300 кВ, осветительная система с пятью линзами.
Использование встроенного ионного насоса обеспечивает чистый и стабильно высокий вакуум.
· Разрешение по точкам: 0,17 нм
· Ускоряющее напряжение: от 100 до 300 кВ
Увеличение: от 50 до 1 500 000
JEOL JEМ - 3000FasTEM 300 кВ просвечивающий электронный микроскоп с полевой эмиссией
Просвечивающий электронный микроскоп, оборудованный электронной пушкой высокой яркости с подогревным катодом на полевой эмиссии, обладающим повышенной стабильностью тока эмиссии. Позволяет непосредственно наблюдать детали атомного строения и анализировать отдельные атомные слои. Электронная пушка с подогревным катодом на полевой эмиссии, более всего подходящая для анализа нанообластей, обеспечивает ток зонда 0,5 нА при его диаметре 1 нм и 0,1 нА при 0,4 нм.
· Разрешение в точке: 0,17 нм
· Ускоряющее напряжение: 100, 200, 300 кВ
Увеличение: от х 60 до х 1 500 000
JEOL JEМ - 2100F 200 кВ просвечивающий электронный микроскоп с полевой эмиссией
Электронная пушка с полевой эмиссией, обеспечивающая электронный пучок с высокой яркостью и когерентностью, играет ключевую роль в получении высокого разрешения и при анализе наноструктур. Прибор JEM - 2100F является комплексным ПЭМ, оснащенным развитой системой электронного управления различными функциями.
Основные особенности данного прибора:
· Высокая яркость и стабильность электронной пушки с термополевой эмиссией обеспечивает анализ областей наноразмеров при большом увеличении.
· Диаметр зонда меньше 0.5 нм позволяет уменьшить точку анализа до уровня нанометров.
· Новый высокостабильный столик образцов с боковой загрузкой обеспечивает простой наклон, поворот, нагрев и охлаждение, программируемые установки и другое без механического дрейфа.
JEOL JEМ - 2100 LaB6 200 кВ аналитический просвечивающий электронный микроскоп
Позволяет не только получать изображения на просвет и картины дифракции, но и включает в себя компьютерную систему контроля, которая может объединять TEM, устройство получения изображений в режиме сканирования (STEM), энергодисперсионный спектрометр (JED - 2300 T) и спектрометр энергетических потерь электронов (EELS) в любых комбинациях.
Высокое разрешение (0,19 нм при 200 kV на катоде LaB 6) достигается благодаря стабильности высокого напряжения и тока пучка, вместе с превосходной системой линз. Новая структура рамы колонны микроскопа мягко уменьшает эффект вибрации прибора. Новый гониометрический столик позволяет позиционирование образца с точностью до нанометров. Компьютерная система контроля микроскопа обеспечивает подключение по сети других пользователей (компьютеров) и обмен информацией между ними.
Заключение
До сравнительно недавнего времени в руках минералогов находились два классических инструмента - поляризационный микроскоп и аппаратура для рентгеновской дифракции. С помощью оптического микроскопамы можем исследовать морфологию и оптические свойства минералов, изучать двойники и ламели, если они по размеру превышают длину волны падающего света. Данные по рентгеновской дифракции позволяют точно определить положение атомов в элементарной ячейке в масштабе 1 - 100 Е. Однако такое определение кристаллического строения дает нам некую структуру, усредненную по многим тысячам элементарных ячеек; следовательно, мы заранее принимаем, что все элементарные ячейки идентичны.
В то же время становится все более очевидной важность структурных деталей, характеризующих минералы в масштабе 100 - 10 000 Е. Диффузные рефлексы на рентгенограммах были интерпретированы как свидетельство существования малых доменов; астеризм, наблюдаемый на лауэграммах, или небольшие значения коэффициентов экстинкции при уточнении структуры, указали на то, что кристаллы несовершенны по своему строению и содержат различные дефекты. Для исследования неоднородностей, размеры которых находятся в указанных пределах, идеальным инструментом является электронный микроскоп. Такие исследования - важный источник геологической информации, характеризующей параметры охлаждения и образования минералов и горных пород или условия их деформации.
В противоположность рентгеновской дифракции, которую начали использовать в минералогии немедленно после ее открытия, электронная микроскопия вначале получила наибольшее развитие и применение в металлургии. После создания промышленных приборов в 1939 г. потребовалось более 30 лет, чтобы электронный микроскоп стал обычным инструментом в минералогии и петрографии.
Преимущество электронной микроскопии состоит в том, что с ее помощью структуры и текстуры можно изобразить в реальном пространстве, и, следовательно, результаты легче визуализировать, чем получить их путем расчета дифракционных картин. Здесь уместно упомянуть о необходимости соблюдать определенную осторожность. В отличие от наблюдений в оптическом микроскопе структуру нельзя увидеть непосредственно через электронный микроскоп. Мы просто наблюдаем контраст, возникающий, например, от поля деформаций вокруг дислокаций, и этот контраст трансформируется в изображение внутри прибора. Электронная микроскопия не заменяет исследований, проводимых методами рентгеновской дифракции. С другой стороны, имеется много примеров, когда данные электронной микроскопии служили основанием для интерпретации рентгеновских данных. Эти две методики идеально дополняют друг друга.
Список литературы
1. Дюков В.Г., Непийко С.А., Седов Н.Н Электронная микроскопия локальных потенциалов./ АН УССР. Ин-т физики. - Киев: Наук. думка, 1991. - 200 с.
2. Кулаков Ю.А Электронная микроскопия. - М.: Знание,1981. - 64 с.
3. Ч. Пул, Ф. Оуэнс Нанотехнологии: Пер. с англ./Под ред. Ю.И. Головина. - М.: Техносфера, 2005. - 336 с
4. Спенс Дж. Экспериментальная электронная микроскопия высокого разрешения: Пер. с англ./Под ред. В.Н. Рожанского. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. Лит.,1986. - 320 с., ил.
5. Томас Г., Горинж М. Дж. Просвечивающая электронная микроскопия материалов: Пер. с англ./Под ред. Б.К. Вайнштейна - М: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983 - 320с
6. Электронная микроскопия в минералогии: Пер. с анг./Под общей ред. Г.-Р. Венка. - М.: Мир, 1979. - 485с., ил.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Состав, принципы работы и назначение растрового электронного микроскопа РЭМН – 2 У4.1. Особенности восстановления рабочего вакуума в колонне растрового микроскопа. Функционирование диффузионного и форвакуумного насосов, датчиков для измерения вакуума.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 05.11.2009Знакомство с устройством и работой растрового электронного микроскопа, измерение размеров частиц порошка алюминия с примесью карбида тантала, анализ полученных данных. Получение снимков и статистическая обработка данных. Изучение калибровочного снимка.
лабораторная работа [1,4 M], добавлен 02.01.2015История микроскопа - прибора для получения увеличенного изображения объектов, не видимых невооруженным глазом. Методы световой микроскопии. Принцип действия и устройство металлографического микроскопа. Методы микроскопического исследования металлов.
реферат [3,3 M], добавлен 10.06.2009Теоретические основы сканирующей зондовой микроскопии. Схемы сканирующих туннельных микроскопов. Атомно-силовая и ближнепольная оптическая микроскопия. Исследования поверхности кремния с использованием сканирующего зондового микроскопа NanoEducator.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 16.08.2014Измерение размеров малых объектов. Метод фазового контраста. Понятие об электронной оптике. Создание электронного микроскопа. Опыты по дифракции электронов. Исследования поверхностной геометрической структуры клеток, вирусов и других микрообъектов.
презентация [228,3 K], добавлен 12.05.2017Электронно-микроскопический метод исследования. Физические основы растровой электронной микроскопии. Схема растрового электронного микроскопа, назначение его узлов и их функционирование. Подготовка объектов для исследований и особые требования к ним.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 04.05.2011Электронная теория проводимости металлов. Опыт американских физиков Толмена и Стюарта и советских Н.Д. Папалекси и Л.И. Мандельштама. Определение удельного заряда частицы и скорости движения электронов в проводнике. Сверхпроводимость и ее применение.
презентация [2,2 M], добавлен 26.11.2011Трековые мембраны, их свойства, определение, получение, применение. Наноразмерные материалы: наноструктуры, нанопроволоки и нанотрубки. Матричный синтез, микроскопия. Получение наноструктур из ферромагнитных материалов, микроскопия металлических реплик.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 29.06.2012Магнитно-силовая микроскопия как инструмент для исследования микро- и наномагнитных структур. Определение рельефа с использованием контактного или прерывисто-контатного методов. Магнитное взаимодействие, явление парамагнетизма и ферромагнетизма.
реферат [592,7 K], добавлен 18.10.2013Парамагнетизм и ферромагнетизм в системе коллективизированных электронов. Рассмотрение явления диамагнетизма электронного газа. Изучение влияния температуры на распределение Ферми-Дирака. Ознакомление со статистиками Бозе-Эйнштейна и Максвелла-Больцмана.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.06.2014Понятие и устройство микроскопа, история его разработок и современные тенденции к совершенствованию, функции и задачи. Микроскопия как изучение объектов с использованием микроскопа, ее разновидности и принципы, сферы практического применения на сегодня.
презентация [8,6 M], добавлен 23.11.2012Общие сведения об атомно-силовой микроскопии, принцип работы кантилевера. Режимы работы атомно-силового микроскопа: контактный, бесконтактный и полуконтактный. Использование микроскопа для изучения материалов и процессов с нанометровым разрешением.
реферат [167,4 K], добавлен 09.04.2018Основы сканирующей электронной микроскопии. Методические особенности электронно-микроскопического исследования металлических расплавов. Особенности микроскопов, предназначенных для исследования структуры поверхностных слоев металлических расплавов.
реферат [1,5 M], добавлен 11.05.2013Сканирующие зондовые методы исследования и атомного дизайна. Основные методы и приборы для исследования размеров зерен и их распределения в нанокристаллическом образце. Гранулометрия и классификация наночастиц. Ближнепольная оптическая микроскопия.
реферат [1,1 M], добавлен 13.06.2010Классификация и типы эмиссии электронов из проводников: термоэлектронная, холодная и взрывная, фотоэлектронная. Контактные явления на границе раздела двух проводников, их характеристика и физическое обоснование, главные влияющие факторы и значение.
презентация [1,7 M], добавлен 13.02.2016Ознакомление с методами измерения показателя преломления с помощью микроскопа. Вычисление погрешности измерений для пластинок из обычного стекла и оргстекла. Угол отражения луча. Эффективность определения коэффициента преломления для твердого тела.
лабораторная работа [134,3 K], добавлен 28.03.2014Открытие явления фотоэффекта не вписывалось в рамки классической физики. Это привело к созданию квантовой механики. Фотоэлектрический эффект и дискретная природа света. Дифракция электронов. Применение явления корпускулярно – волнового дуализма.
реферат [39,6 K], добавлен 24.06.2008Интерес физиков к биологии и тяга к физическим методам исследования в биологических дисциплинах. Крупнейшие события в истории физической химии. Техническое перевооружение физиологии. Термодинамика систем вблизи равновесия (линейная термодинамика).
контрольная работа [17,8 K], добавлен 07.03.2011Важная роль физики в техническом развитии оборонной промышленности. Теоретические исследования физиков, начальное развитие новых отраслей науки: теории относительности, атомной квантовой физики. Работы в области радиотехники, военных прикладных отраслей.
доклад [17,9 K], добавлен 27.02.2011Создание атомного силового микроскопа, принцип действия, преимущества и недостатки. Методы атомно-силовой микроскопии. Технические возможности атомного силового микроскопа. Применение атомно-силовой микроскопии для описания деформаций полимерных пленок.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 14.11.2012
