Αρχζσ ηλεκτρονικήσ. Μικροςκοπίασ

Transcript

1 Αρχζσ ηλεκτρονικήσ Μικροςκοπίασ

2 Ειςαγωγικά Louis de Broglie 1924 : διατφπωςθ τθσ υπόκεςθσ περί διπλισ φφςθσ του φωτόσ και κάκε ςωματιδίου. Ειςιγαγε τον όρο «υλοκφμα» για κάκε ςτοιχειϊδεσ ςωματίδιο αντιςτοιχϊντασ το λ του με τθν ορμι του : λ = h p Davison & Germer 1926 : επιβεβαίωςαν πειραματικά τθν κυματικι φφςθ του θλεκτρονίου Ε. Ruska 1933: Καταςκευάηει το πρϊτο θλεκτρονικό μικροςκόπιο Οπτικοί φακοί ---- μαγνθτικοί φακοί Πλείςτεσ Εφαρμογζσ ςτθ διερεφνθςθ κρυςταλλικϊν δομϊν και βιολογικϊν υλικϊν Αλματϊδθσ εξζλιξθ ςτθν τεχνολογία και ςτισ δυνατότθτεσ τθσ για λιψθ πλθροφοριϊν

3 Οι βαςικζσ κυματικζσ ιδιότθτεσ του θλεκτρονίου m 0 = 9, kg e = 1, Cb λ = h p = h m v m = m 0 1 v2 c 2 για μικρό v m=m 0 λ = h m v = h m 0 v 1 v2 c 2

4 e V = m 0 c 2 1 v2 c 2 - m 0 c 2 λ = 1,5 V V 2 nm για V = 100 kv => λ = 0,0037 nm Διακριτική ικανότητα για n = 1 α = 0,1 rad V = 100 kv και λ = 0,0037 nm d = 0,02 nm d = 0,66 λ (m) n sin α Οι μαγνθτικοί φακοί παρουςιάηουν ςφάλματα (χρωματικό ςφάλμα, εξ αιτίασ τθσ διαφορετικισ ταχφτθτασ θλεκτρονίων και ςφαιρικισ εκτροπισ) d = 1,5 nm

5 Το Βάθοσ πεδίου είναι Χ καλφτερο από τα οπτικά μικροςκόπια λόγω λ, αρικμθτικοφ ανοίγματοσ n sina και μεγζκυνςθσ M l mm = λ n sin 2 α + 1 7M sin α Σθμαντικό πλεονζκτθμα επίςθσ αποτελεί θ δυνατότθτα ςάρωςθσ του δείγματοσ με τθν δζςμθ θλεκτρονίων

6 Περίθλαςη ηλεκτρονίων (electron diffraction) n λ = 2 d sinθ Ο νόμοσ του Bragg Ελαςτικι ςκζδαςθ θλεκτρονίων ςε ςε ςειρά παράλλθλων ατομικϊν επιπζδων που απζχουν απόςταςθ d

7 Περίθλαςη ηλεκτρονίων (electron diffraction) n λ = 2 d sinθ Ο νόμοσ του Bragg Παράδειγμα: Περίκλαςθ θλεκτρονικισ δζςμθσ ςε κρφςταλλο πυριτίου, V = 100 kv, λ= 0,0037 nm d = 0,313 nm (απόςταςθ παράλλθλων επιπζδων) Ο νόμοσ του Bragg δίνει : sinκ = 0,059 και κ = 0,34 ο

8 Πωσ παράγονται τα θλεκτρόνια Θερμιονικι εκπομπι πχ από Βολφράμιο ή Ιςχυρό θλεκτρικό πεδίο, θλεκτρόδιο ακίδασ ( 0,1 μm) και υψθλό κενό ( 10-9 Torr) ςε κερμοκραςία δωματίου και εξαςφάλιςθσ μεγάλθσ λαμπρότθτασ

9 Λειτουργία Η/Μ φακοφ Δφναμθ Laplace F = e v H sin φ F = e [v H] Ομοιογενζσ πεδίο, ελικοειδισ τροχιά θλεκτρονίου ακτίνασ: ρ = m v e H F 1 = e v H F 2 = e v H H F 2 οδθγεί το θλεκτρόνιο προσ τον άξονα και το εξαναγκάηει να διαγράφει μικρότερθσ ακτίνασ ελικοειδι κίνθςθ ζωσ ότου γίνει ςθμείο

10 Αλλθλεπίδραςθ θλεκτρονίου με το υλικό

11 Αλλθλεπίδραςθ θλεκτρονίου με το υλικό

12 Δευτερογενι φαινόμενα Τα διερχόμενα θλεκτρόνια και τα αντίςτοιχα ςκεδαηόμενα που διζρχονται αξιοποιοφνται ςτθν ΤΕΜ (Transmission Electron Microscopy) Τα δευτερογενι θλεκτρόνια και τα οπιςκοςκεδαηόμενα αξιοποιοφνται ςτθν SΕΜ (Scanning Electron Microscopy)

13 Δευτερογενι φαινόμενα

14 Τα Μικροςκόπια χωρίηονται ςε: Ηλεκτρονικό μικροςκόπιο ςάρωςθσ Ηλεκτρονικό μικροςκόπιο διερχόμενθσ δζςμθσ Ηλεκτρονικό μικροςκόπιο διερχόμενθσ δζςμθσ υψθλισ ανάλυςθσ Ηλεκτρονικό μικροςκόπιο ςάρωςθσ διερχόμενθσ δζςμθσ

15 Τφποι ηλεκτρονικών μικροςκοπίων Transmission Electron Microscope, TEΜ Το δείγμα χρειάηεται να είναι λεπτό, πάχουσ d > 1 μm για να διζλκει θ δζςμθ

16 Scanning Electron Microscope, SEΜ Ανιχνεφονται τα δευτερογενι θλεκτρόνια που παράγονται ςε κάκε ςθμείο του δείγματοσ Το δείγμα δεν χρειάηεται να είναι λεπτό, λόγω τθσ επιφανειακισ ςάρωςθσ του

17 Εικόνεσ θλεκτρονικισ μικροςκοπίασ Scanning electron microscope image of pollen grains from a variety of common plants: sunflower (Helianthus annuus), morning glory (Ipomoea purpurea), prairie hollyhock (Sidalcea malviflora), oriental lily (Lilium auratum), evening primrose (Oenothera fruticosa), and castor bean (Ricinus communis).

18 Ηλεκτρονικι μικρογραφία ερυκρϊν αιμοςφαιρίων. Ηλεκτρονικι μικρογραφία κόκκου διοξειδίου του τιτανίου (ΤiO 2 ) που παίηει το ρόλο καταλφτθ, τθσ τάξεωσ των 10-9 m.

19 Φωτογράφθςθ γραφίτθ με θλεκτρονικό μικροςκόπιο. Τα ςτρϊματα των ατόμων άνκρακόσ του γραφίτθ (φωτεινζσ δζςμεσ) απζχουν μεταξφ τουσ μόνο 3,4 Å. Η εικόνα που παρουςιάηεται αποτελεί μεγζκυνςθ περίπου 15 εκατομμφρια φορζσ.

20 Φωτογραφία του ιοφ του ζιτη (HIV) από θλεκτρονικό μικροςκόπιο.δυνατότθτα μεγζκυνςθσ του θλεκτρονικοφ μικροςκοπίου πάνω από φορζσ

21 Στοιχειoμετρικι ανάλυςθ EDS και WDS

22 Στοιχειoμετρικι ανάλυςθ EDS και WDS