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투과전자현미경(TEM)

투과전자현미경

전자를 사용하여 미시 세계를 탐험하다

JEM-F200

이러한 호기심을 충족시키기 위해 많은 발명품이 고안되었습니다. 그 중 하나가 광학 현미경입니다. 인간의 눈은 약 0.2mm까지 물체를 구별할 수 있습니다. 광학 현미경은 사람의 눈에는 보이지 않는 작은 물체를 유리 렌즈의 조합으로 확대하여 보여줍니다. 광학현미경의 증폭율(배율)을 점점 높이면 원자가 보이나요? 불행히도 대답은 "아니오"입니다. 광학현미경은 빛을 조명으로 사용하기 때문에 작은 구조(해상도)를 구별하는 능력이 제한적입니다. 그들은 빛의 파장보다 작은 구조를 구별할 수 없습니다.

독일의 Ruska와 같은 엔지니어들은 이 한계를 깨뜨렸습니다. 그들은 빛 대신 조명 소스로 전자빔을 사용하는 "전자 현미경"을 발명했습니다. 이를 통해 광학 현미경으로 가능한 것보다 훨씬 더 나은 배율로 작은 구조를 관찰할 수 있습니다. 이제 물질에서 원자의 배열을 구별하는 것이 가능합니다.

전자현미경은 광학현미경으로는 볼 수 없는 미세구조를 명확하게 관찰할 수 있습니다. 또한 전자빔을 사용하여 물질 구조를 분석하고 원자 수준 정보를 얻을 수도 있습니다. 전자현미경은 우리가 상상하기 힘든 원자 세계를 조사하기 위해 전 세계적으로 사용되는 획기적인 발명품입니다.

전자빔과 빛의 차이점

전자빔과 빛의 차이점

전자의 특징은 공중에서 자유롭게 움직일 수 없다는 것입니다. 그러나 그들은 진공 속에서 자유롭게 움직일 수 있습니다. 이러한 이유로 전자 현미경의 기둥 내부는 진공이 유지됩니다. 광학 현미경에 필요하지 않은 것.

표본은 전자총이라고 하는 장치에 의해 가속된 전자빔에 의해 조명됩니다. 이 전자는 표본을 관통하거나 산란을 일으킵니다. 전자 렌즈(광학 현미경용 유리 렌즈가 빛을 편향시키는 것과 같은 방식으로 전기장과 자기장이 전자빔을 편향시켜 상을 형성함)를 사용하여 이러한 전자를 선택적으로 수렴 및 발산함으로써 확대된 상이 형광 표면에 형성됩니다. 빔과 시편 아래에 위치합니다.

전자빔은 미세한 필라멘트에 열을 가하거나 강한 전기장을 가하여 진공 상태에서 발생하는 전자의 흐름으로 가시광선보다 파장이 짧은 "파동"의 성질을 가지고 있습니다. 유리 대신 전자 현미경의 렌즈는 자기장 렌즈를 형성하도록 구성된 전자석의 조합입니다.

그림1. 파도의 크기 차이로 인한 파문

그림1. 파도의 크기 차이로 인한 파문

위에서 설명한 것처럼 작은 구조, 즉 분해능을 구별하는 능력은 표본을 비추는 데 사용되는 "파동"의 파장에 크게 좌우됩니다.

이 "파도"의 성질은 호수에 작은 돌을 던졌을 때 발생하는 물결 모양과 비교하면 쉽게 이해할 수 있습니다. 수면의 파도가 수면 위로 돌출된 암석과 접촉한다고 가정합니다. 암석이 파도의 마루 사이의 길이(파장)보다 크면 파도 패턴이 암석 뒤에서 계속되지 않습니다(그림 1). 이것은 그림자를 만듭니다. 그러나 암석이 파장보다 작으면 암석 뒤에서 파도 패턴이 중단되지 않고 그림자가 없습니다. 이 경우 암석의 존재를 감지할 수 없습니다.

가시광선의 파장은 400~800nm(1나노미터는 100,000mm의 0.1만분의 100)인 반면, 전자현미경에서 광원으로 사용되는 전자빔의 파장은 가속전압에 따라 달라진다. 일반적으로 사용되는 가속 전압은 200~0.0037kV(0.0025~XNUMXnm의 파장에 해당)입니다.

이 파장은 빛의 파장보다 훨씬 짧고 원자 배열(수 나노미터)을 구별하기에 충분합니다. 광학 현미경의 경우 렌즈 조합을 변경하여 배율을 변경합니다. 이에 반해 전자현미경은 전자석에 흐르는 전류의 세기를 변화시켜 자기장의 세기를 변화시킨다. 이는 볼록렌즈의 두께 변화에 해당한다. 실제로 전류를 조작하여 배율을 자유롭게 제어할 수 있습니다.

또 다른 특징 "전자 회절"

또 다른 특징 "전자 회절"

전자 현미경의 또 다른 큰 특징은 전자 회절 패턴을 얻을 수 있다는 것입니다.

이것은 물질(시편)의 성질, 특히 원자 배열을 나타내는 중요한 정보입니다. X선을 이용하여 유사한 정보를 얻을 수 있으나 조사된 부위의 영상과의 상관관계가 부족하다. 전자현미경을 사용하면 고배율로 영상을 관찰할 수 있고 동일한 조사영역에 대해 나노미터 규모의 회절분석을 수행할 수 있다.

매우 얇은 시료를 비추는 데 사용되는 전자는 시료를 관통하는 동안 산란됩니다. 이 과정은 전자 회절 패턴을 제공하고 전자 회절 방법은 결정질 표본에서 분자와 원자의 배열을 나타낼 수 있습니다. 이 기술은 재료 과학 분야에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

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