Das Rasterelektronenmikroskop ist ein leistungsstarkes Vergrößerungswerkzeug, das fokussierte Elektronenstrahlen verwendet, um Informationen zu liefern. Diese Mikroskope, die ungefähr 2 Personen groß sind, liefern hochauflösende dreidimensionale Bilder mit topografischen, morphologischen und kompositorischen Informationen und sind daher für eine Vielzahl von wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen von unschätzbarem Wert.
Eigenschaften des Mikroskops
Das Rasterelektronenmikroskop, das in den 1950er Jahren von Professor Charles Oatley mit Hilfe von Doktoranden entwickelt wurde, ist eine von drei Arten der Elektronenmikroskopie (EM).
Elektronenmikroskope verwenden dieselben Grundprinzipien wie Lichtmikroskope, fokussieren jedoch energetische Elektronenstrahlen anstelle von Photonen, um ein Objekt zu vergrößern.
Der Hauptgrund für die Verwendung von Elektronen anstelle von Licht ist, dass in der Elektronenmikroskopie bessere Ergebnisse erzielt werden, da Lichtmikroskope abhängig von Wellenlängen, Lichtqualität und Situation variieren können. Um die besten Ergebnisse bei Elektronenmikroskopen zu erzielen, sind ein Vakuumsystem, ein Kühlsystem, ein fester/ebener Boden, ein Testraum ohne magnetische Umgebung und eine unterbrechungsfreie Stromversorgung erforderlich.
Was machen Mikroskoptests?
Die Rasterelektronenmikroskopie liefert detaillierte Oberflächeninformationen, indem eine Probe mit einem Elektronenstrahl in einem Abtastmuster gescannt wird. Der Prozess beginnt mit einer Elektronenkanone, die einen energetischen Elektronenstrahl entlang der Säule auf eine Reihe elektromagnetischer Linsen bildet.
Diese Linsen sind Röhren, die in eine Helix gewickelt sind und als Magnetspulen bezeichnet werden. Die Spulen werden so eingestellt, dass der einfallende Elektronenstrahl auf die Probe fokussiert wird. Diese Einstellungen verursachen Spannungsschwankungen und erhöhen/verringern die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen mit der Probenoberfläche in Kontakt kommen.
Mit dem vom Computer gesteuerten SEM-Bediener kann der Strahl angepasst werden, um die Vergrößerung zu steuern und die zu scannende Oberfläche zu bestimmen. Der Strahl fokussiert sich auf den Platz, wo eine feste Probe platziert wird. Die meisten Proben erfordern eine gewisse Vorbereitung, bevor sie in die Vakuumkammer kommen.
Unter den verschiedenen Herstellungsverfahren sind die beiden bei der SEM-Analyse am häufigsten verwendeten Methoden die Sprühbeschichtung für nichtleitende Proben und die Dehydratisierung für die meisten biologischen Proben.
Darüber hinaus müssen alle Proben in der Lage sein, dem niedrigen Druck in der Vakuumkammer zu bestehen.
Die Wechselwirkung zwischen den einfallenden Elektronen und der Oberfläche der Probe wird durch die Beschleunigungsrate der einfallenden Elektronen bestimmt, die eine erhebliche Menge kinetischer Energie tragen, bevor sie sich auf die Probe konzentrieren.
Wenn einfallende Elektronen mit der Probe in Kontakt kommen, werden energetische Elektronen von der Oberfläche der Probe freigesetzt. Die durch die Wechselwirkung erzeugten Streumuster liefern Informationen über die Größe, Form, Textur und Zusammensetzung der Probe.
Es werden verschiedene Detektoren verwendet, um verschiedene Arten von gestreuten Elektronen anzuziehen, einschließlich Sekundär- und Rückstreuelektronen und Röntgenstrahlen. Brechungsrückstreuelektronen bestimmen die Richtung von Mineralien und Mikrogeweben sowie Kristallstrukturen.
Unter der Probenoberfläche emittierte Röntgenstrahlen können Informationen zu Elementen und Mineralien liefern.
Rasterelektronenmikroskope erzeugen dreidimensionale Schwarzweißbilder.
Die Bildvergrößerung kann bis zu 10 Nanometer betragen und die intensiven Wechselwirkungen auf der Oberfläche der Probe erzeugen eine größere Sichttiefe, eine höhere Auflösung und letztendlich ein detaillierteres Oberflächenbild.
Wo werden Mikroskoptests Verwendet?
Rasterelektronenmikroskope haben eine Vielzahl von Anwendungen in einer Reihe von wissenschaftlichen und industriellen Bereichen, in denen die Charakterisierung fester Werkstoffe besonders nützlich ist. Zusätzlich zu topografischen, morphologischen und Zusammensetzungsinformationen kann das Rasterelektronenmikroskop Oberflächenbrüche erkennen und analysieren. Es kann Informationen über Mikrostrukturen liefern, Oberflächenverunreinigungen untersuchen, räumliche Änderungen der chemischen Zusammensetzung aufdecken, qualitative chemische Analysen liefern und Kristallstrukturen definieren. Es kann auch für lebenden und weichen Organismen verwendet werden, diese müssen jedoch gut stabilisiert sein und es muss eine chemische Fixierung verwendet werden. Die Rasterelektronenmikroskopie wird für lebende und weichen Organismen nicht häufig eingesetzt, da hier nicht so gute und genaue Ergebnisse wie bei festen Werkstoffen geliefert werden.
Rasterelektronenmikroskope sind ein grundlegendes Forschungsinstrument in Bereichen wie Biowissenschaften, Biologie, Gemmologie, Medizin und Forensik sowie Metallurgie. Darüber hinaus haben Rasterelektronenmikroskope praktische industrielle und technologische Anwendungen wie für Leiterinspektion, Produktionslinien kleiner Produkte und bei der Montage von Mikrochips für Computer.
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