Kính hiển vi điện tử
Chia sẻ bởi Trần Quang Minh |
Ngày 23/10/2018 |
74
Chia sẻ tài liệu: kính hiển vi điện tử thuộc Bài giảng khác
Nội dung tài liệu:
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
*****
KHOA VẬT LÝ
BM VẬT LÝ ỨNG DỤNG
TIỂU LUẬN:
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA (TEM)
Và
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM)
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:
TS LÊ VŨ TUẤN HÙNG
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
DƯƠNG THANH TÀI
LÊ THỊ THU THỦY
PHẠM THANH TUÂN
LƯ HÀ VÂN
BÙI QUỐC VIỆT
PHẠM VĂN VIỆT
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:
Sơ lược về sự ra đời của kính hiển vi điện tử (TEM) và kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Nguyên tắc hoạt động của máy
Sự tạo ảnh
Ưu,nhược điểm của máy
So sánh TEM và SEM
Ứng dụng
I.LƯỢC SỬ SƠ LƯỢC CỦA SEM VÀ TEM:
Hình 1: Zworykin(1889-1982)-nhà bác học người Nga
Hình 2: Ernst Ruska ( 1906–1988)-nhà vật lý người Đức
Hình3: Max Knoll
Hình 4: James Hiller (1915-2007)
A.TEM(transmission lectron microscopy )
Hình 5: Kính hiển vi điện tử truyền qua
Hình 6: Kính hiển vi điện tử truyền qua tại Đại học Glasgow
A.1.KHÁI NIỆM:
Là một thiết bị nghiên cứu, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu nhỏ và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, trên film quang học, hoặc ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
A.2.NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG:
A.2.1:NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA SEM VÀ TEM:
♣ Các bước cơ bản trong Electron Microscopy (EM) là:
1. Dòng electron được định dạng và gia tốc về phía mẫu bằng một điện thế dương
2.Dòng này sau đó bị hạn chế và tập trung lại bằng một khẩu độ kim lọai và thấu kính từ để tạo ra dòng nhỏ, hội tụ và đơn sắc.
3.Dòng sau đó được hội tụ vào mẫu bằng cách dùng thấu kính từ.
4. Các sự tương tác xảy ra bên trong mẫu khi dòng đập vào, tác động đến sóng electron.
5.Các sự tương tác này được nhận biết và chuyển đổi thành hình ảnh
A.2.2:NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA TEM:
Điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử được tăng tốc bởi một điện trường lớn (khoảng vài trăm kV) và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (nhờ hệ diaphragm và thấu kính từ), rồi chiếu xuyên qua mẫu mỏng, từ đó tạo ra ảnh thật của vật trên màn huỳnh quang
Sơ đồ hoạt động của TEM & SEM
A.2.3:NGUỒN PHÁT ĐIỆN TỬ:
Bảng 1: Sự phụ thuộc giữa bước sóng với khối lượng và vận tốc điện tử vào thế tăng tốc:
Hình12 :Sơ đồ nguyên lý ống phát xạ trường (Field Emission Tube)
Bảng 2: So sánh ống phát tia cathode và ống phát xạ trường:
A.3: CẤU TẠO THẤU KÍNH TỪ:
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ THẤU KÍNH TỪ:
A.4:SỰ TẠO ẢNH TRONG TEM:
Có nhiều cách tạo ảnh như:
Tạo hình ảnh thật của vật thể(trường tối trường sáng)
Ảnh nhiễu xạ điện tử(electron diffraction)
Ảnh cấu trúc domain (ảnh Lorentz)
Hình : Tạo hình ảnh thật của vật thể:
Ta coi các chùm điện tử như tia sáng chiếu qua vật, và khúc xạ qua thấu kính từ để tạo ảnh trên màn huỳnh quang. Ảnh đó gọi là ảnh trường sáng (Bright Field Image)
Ảnh trường tối (Dark Field Image), nhằm quan sát các độ tương phản khác nhau. Nguyên lý của DF là tạo ảnh từ các chùm tia điện tử bị tán xạ theo những góc khác nhau
Hình 19: Tạo ảnh nhiễu xạ điện tử:
Phương pháp nhiễu xạ lựa chọn vùng điện tử (Selected Area Electron Diffraction - SAED): có thể hiểu đơn giản là dùng chùm điện tử song song chiếu vuông góc với mẫu. Ảnh tạo ra giống như hình ảnh giao thoa quang học qua lỗ tròn, tức là gồm các vòng tròn đồng tâm
Phương pháp nhiễu xạ bằng chùm điện tử hội tụ (Convergent Beam Electron Diffraction - CBED). Hiểu đơn giản là dùng chùm điện tử hội tụ chiếu xuyên qua mẫu để tạo ảnh nhiễu xạ
2d.sin(θ)=n.λ
ở đây, θ,λ lần lượt là góc nhiễu xạ, bước sóng chùm điện tử, n là bậc giao thoa
Công thức Bragg cho ảnh nhiễu xạ:
Hình 20: Ảnh cấu trúc domain (ảnh Fresnel):
Dùng để nghiên cứu cấu trúc domain của các vật liệu từ tính.
Khi điện tử truyền qua mẫu đó, sẽ tán xạ khác nhau ở các vùng mà mô men từ định hướng khác nhau, người ta dựa trên sự lệch hướng của điện tử sau khi truyền qua đó để thu ảnh Fresnel cấu trúc domain
CHUẨN BỊ MẪU:
Vậy những mẫu như thế nào có thể quan sát bằng TEM?
Một số loại tương tác với mẫu:
Tán xạ ngược
Phát ra tia x Mẫu phải mỏng
Điện tử bị hấp thụ
……
A.5: Các phương pháp làm mỏng mẩu:
Cắt các lát mỏng
Mài cơ học
Ăn mòn
Hình 21: Sơ đồ ăn mòn điện hóa và bằng chùm ion:
Hình 22: Sử dụng chùm ion hội tụ:
Hình 23: Ảnh chụp của TEM:
Ảnh của mẫu Fe3O4
B.SEM (Scanning Electron Microscope )
B.1:KHÁI NIỆM:
Là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu.
B.2:NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG:
Hình 25: Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Quốc gia Hà Nội
Hình 26: Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét:
SEM tạo ra hình ảnh bằng electron thứ cấp phát xạ từ bề mặt mẩu do chùm sóng electron ban đầu đập vào. Trong SEM, chùm electron nhỏ được quét ngang qua mẫu, đồng thời tín hiệu sinh ra được thu nhận và hình ảnh sẽ được thể hiện lại bằng cách ánh xạ tín hiệu với vị trí của sóng theo từng pixel (điểm) một. Tín hiệu được quan sát trên cùng vị trí của mẫu khi chùm electron đến.
Sơ đồ hoạt động của TEM & SEM
B.3:SỰ TẠO ẢNH TRONG SEM:
Khi electron đập vào mẫu thì có các trường hợp xảy ra như sau:
-Nếu không va chạm với nguyên tử,nó sẽ tiếp tục di chuyển đến va chạm với màn hình.
-Nếu electron va chạm với mẫu (va chạm không đàn hồi),khi đó các electron đến màn hình sẽ không xác định được năng lượng và góc tới gây nhiễu ảnh.
-Nếu electron va chạm đàn hồi thì năng lượng của nó không đổi và tuân theo định luật bảo toàn momen xác định được góc tới các electron này dùng để cho thông tin về mẫu với độ phân giải cao.
MỘT SỐ HÌNH ẢNH CHỤP QUA SEM:
Phấn hoa chụp qua SEM
Ảnh chụp của một loại tảo (phóng đại khoảng 500 lần)
Và còn rất nhiều hình ảnh được phóng đại qua SEM (Tham khảo thêm)
II:ƯU,NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÁY:
II.1:ƯU ĐIỂM:
۩.ƯU ĐIỂM CỦA SEM:
☻Kính hiển vi điện tử quét có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp
☻Một điểm mạnh khác của SEM là các thao tác điều khiển đơn giản =>dễ sử dụng.
☻Một điều khác là giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều so với TEM
۩.ƯU ĐIỂM CỦA TEM:
Có độ phóng đại lớn,vì vậy có thể nghiên cứu ở mức nanomet
Là phương pháp cực kì hiệu quả cho việc nghiên cứu cấu trúc của vật liệu nano
Có ưu điểm trong việc nghiên cứu nhiễu xạ
II.2:KHUYẾT ĐIỂM:
۩.KHUYẾT ĐIỂM CỦA SEM:
☺Hình ảnh thu được dạng 2D (không thu được dang 3D)
☺Đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm
۩.KHUYẾT ĐIỂM CỦA TEM:
Là thiết bị đắt tiền.
Tốn nhiều thời gian sử lý mẫu để hạn chế việc phá hủy cấu trúc mẫu.
Phải tạo môi trường chân không cao cho các thiết bị.
Và người vận hành phải có kinh nghiệm
III.So sánh giữa TEM và SEM:
Vài thông số khác nhau:
SEM TEM
Trung bình 2nm 10nm
Độ phân giải
Đặc biệt 0.2nm 0.5nm
Độ sâu trường cao trung bình
Kỹ thuật chuẩn bị dễ dàng kỹ năng cao
Kiểu của mẩu không sống không sống
Độ dày mẩu thay đổi rất mỏng
Môi trường đặt mẩu chân không chân không
Ảnh thu được 2-D 3-D
IV.ỨNG DỤNG CỦA TEM & SEM:
Được sử dụng rất nhiều trong khoa học vật liệu,trong luyện kim và trong sinh học
Cho phép ta xác định các thông số như:
●Thành phần hóa học
●Độ dài và góc liên kết
●Cấu trúc điện tử
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
●Nguyễn Văn Đến,Quang phổ nguyên tử và ứng dụng,NXB ĐHQG TPHCM,2002
●Lê Văn Hiếu,Vật Lý Điện Tử,NXB ĐHQG TPHCM,2004
●Lê Khắc Bình,Quang Học Sóng,NXB ĐHQG TPHCM,2006
●Võ Trọng Nghĩa, Seminar Kính hiển vi điện tử,2006
●Một số trang web:
www.vi.wikipedia.com
www.en.wikipedia.com
www.thuvienvatly.com
www.vatlyvietnam.org
THE END.
*****
KÍNH CHÚC SỨC KHỎE THẦY VÀ CÁC BẠN !!!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
*****
KHOA VẬT LÝ
BM VẬT LÝ ỨNG DỤNG
TIỂU LUẬN:
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA (TEM)
Và
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM)
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:
TS LÊ VŨ TUẤN HÙNG
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
DƯƠNG THANH TÀI
LÊ THỊ THU THỦY
PHẠM THANH TUÂN
LƯ HÀ VÂN
BÙI QUỐC VIỆT
PHẠM VĂN VIỆT
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:
Sơ lược về sự ra đời của kính hiển vi điện tử (TEM) và kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Nguyên tắc hoạt động của máy
Sự tạo ảnh
Ưu,nhược điểm của máy
So sánh TEM và SEM
Ứng dụng
I.LƯỢC SỬ SƠ LƯỢC CỦA SEM VÀ TEM:
Hình 1: Zworykin(1889-1982)-nhà bác học người Nga
Hình 2: Ernst Ruska ( 1906–1988)-nhà vật lý người Đức
Hình3: Max Knoll
Hình 4: James Hiller (1915-2007)
A.TEM(transmission lectron microscopy )
Hình 5: Kính hiển vi điện tử truyền qua
Hình 6: Kính hiển vi điện tử truyền qua tại Đại học Glasgow
A.1.KHÁI NIỆM:
Là một thiết bị nghiên cứu, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu nhỏ và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, trên film quang học, hoặc ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
A.2.NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG:
A.2.1:NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA SEM VÀ TEM:
♣ Các bước cơ bản trong Electron Microscopy (EM) là:
1. Dòng electron được định dạng và gia tốc về phía mẫu bằng một điện thế dương
2.Dòng này sau đó bị hạn chế và tập trung lại bằng một khẩu độ kim lọai và thấu kính từ để tạo ra dòng nhỏ, hội tụ và đơn sắc.
3.Dòng sau đó được hội tụ vào mẫu bằng cách dùng thấu kính từ.
4. Các sự tương tác xảy ra bên trong mẫu khi dòng đập vào, tác động đến sóng electron.
5.Các sự tương tác này được nhận biết và chuyển đổi thành hình ảnh
A.2.2:NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA TEM:
Điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử được tăng tốc bởi một điện trường lớn (khoảng vài trăm kV) và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (nhờ hệ diaphragm và thấu kính từ), rồi chiếu xuyên qua mẫu mỏng, từ đó tạo ra ảnh thật của vật trên màn huỳnh quang
Sơ đồ hoạt động của TEM & SEM
A.2.3:NGUỒN PHÁT ĐIỆN TỬ:
Bảng 1: Sự phụ thuộc giữa bước sóng với khối lượng và vận tốc điện tử vào thế tăng tốc:
Hình12 :Sơ đồ nguyên lý ống phát xạ trường (Field Emission Tube)
Bảng 2: So sánh ống phát tia cathode và ống phát xạ trường:
A.3: CẤU TẠO THẤU KÍNH TỪ:
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ THẤU KÍNH TỪ:
A.4:SỰ TẠO ẢNH TRONG TEM:
Có nhiều cách tạo ảnh như:
Tạo hình ảnh thật của vật thể(trường tối trường sáng)
Ảnh nhiễu xạ điện tử(electron diffraction)
Ảnh cấu trúc domain (ảnh Lorentz)
Hình : Tạo hình ảnh thật của vật thể:
Ta coi các chùm điện tử như tia sáng chiếu qua vật, và khúc xạ qua thấu kính từ để tạo ảnh trên màn huỳnh quang. Ảnh đó gọi là ảnh trường sáng (Bright Field Image)
Ảnh trường tối (Dark Field Image), nhằm quan sát các độ tương phản khác nhau. Nguyên lý của DF là tạo ảnh từ các chùm tia điện tử bị tán xạ theo những góc khác nhau
Hình 19: Tạo ảnh nhiễu xạ điện tử:
Phương pháp nhiễu xạ lựa chọn vùng điện tử (Selected Area Electron Diffraction - SAED): có thể hiểu đơn giản là dùng chùm điện tử song song chiếu vuông góc với mẫu. Ảnh tạo ra giống như hình ảnh giao thoa quang học qua lỗ tròn, tức là gồm các vòng tròn đồng tâm
Phương pháp nhiễu xạ bằng chùm điện tử hội tụ (Convergent Beam Electron Diffraction - CBED). Hiểu đơn giản là dùng chùm điện tử hội tụ chiếu xuyên qua mẫu để tạo ảnh nhiễu xạ
2d.sin(θ)=n.λ
ở đây, θ,λ lần lượt là góc nhiễu xạ, bước sóng chùm điện tử, n là bậc giao thoa
Công thức Bragg cho ảnh nhiễu xạ:
Hình 20: Ảnh cấu trúc domain (ảnh Fresnel):
Dùng để nghiên cứu cấu trúc domain của các vật liệu từ tính.
Khi điện tử truyền qua mẫu đó, sẽ tán xạ khác nhau ở các vùng mà mô men từ định hướng khác nhau, người ta dựa trên sự lệch hướng của điện tử sau khi truyền qua đó để thu ảnh Fresnel cấu trúc domain
CHUẨN BỊ MẪU:
Vậy những mẫu như thế nào có thể quan sát bằng TEM?
Một số loại tương tác với mẫu:
Tán xạ ngược
Phát ra tia x Mẫu phải mỏng
Điện tử bị hấp thụ
……
A.5: Các phương pháp làm mỏng mẩu:
Cắt các lát mỏng
Mài cơ học
Ăn mòn
Hình 21: Sơ đồ ăn mòn điện hóa và bằng chùm ion:
Hình 22: Sử dụng chùm ion hội tụ:
Hình 23: Ảnh chụp của TEM:
Ảnh của mẫu Fe3O4
B.SEM (Scanning Electron Microscope )
B.1:KHÁI NIỆM:
Là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu.
B.2:NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG:
Hình 25: Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Quốc gia Hà Nội
Hình 26: Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét:
SEM tạo ra hình ảnh bằng electron thứ cấp phát xạ từ bề mặt mẩu do chùm sóng electron ban đầu đập vào. Trong SEM, chùm electron nhỏ được quét ngang qua mẫu, đồng thời tín hiệu sinh ra được thu nhận và hình ảnh sẽ được thể hiện lại bằng cách ánh xạ tín hiệu với vị trí của sóng theo từng pixel (điểm) một. Tín hiệu được quan sát trên cùng vị trí của mẫu khi chùm electron đến.
Sơ đồ hoạt động của TEM & SEM
B.3:SỰ TẠO ẢNH TRONG SEM:
Khi electron đập vào mẫu thì có các trường hợp xảy ra như sau:
-Nếu không va chạm với nguyên tử,nó sẽ tiếp tục di chuyển đến va chạm với màn hình.
-Nếu electron va chạm với mẫu (va chạm không đàn hồi),khi đó các electron đến màn hình sẽ không xác định được năng lượng và góc tới gây nhiễu ảnh.
-Nếu electron va chạm đàn hồi thì năng lượng của nó không đổi và tuân theo định luật bảo toàn momen xác định được góc tới các electron này dùng để cho thông tin về mẫu với độ phân giải cao.
MỘT SỐ HÌNH ẢNH CHỤP QUA SEM:
Phấn hoa chụp qua SEM
Ảnh chụp của một loại tảo (phóng đại khoảng 500 lần)
Và còn rất nhiều hình ảnh được phóng đại qua SEM (Tham khảo thêm)
II:ƯU,NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÁY:
II.1:ƯU ĐIỂM:
۩.ƯU ĐIỂM CỦA SEM:
☻Kính hiển vi điện tử quét có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp
☻Một điểm mạnh khác của SEM là các thao tác điều khiển đơn giản =>dễ sử dụng.
☻Một điều khác là giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều so với TEM
۩.ƯU ĐIỂM CỦA TEM:
Có độ phóng đại lớn,vì vậy có thể nghiên cứu ở mức nanomet
Là phương pháp cực kì hiệu quả cho việc nghiên cứu cấu trúc của vật liệu nano
Có ưu điểm trong việc nghiên cứu nhiễu xạ
II.2:KHUYẾT ĐIỂM:
۩.KHUYẾT ĐIỂM CỦA SEM:
☺Hình ảnh thu được dạng 2D (không thu được dang 3D)
☺Đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm
۩.KHUYẾT ĐIỂM CỦA TEM:
Là thiết bị đắt tiền.
Tốn nhiều thời gian sử lý mẫu để hạn chế việc phá hủy cấu trúc mẫu.
Phải tạo môi trường chân không cao cho các thiết bị.
Và người vận hành phải có kinh nghiệm
III.So sánh giữa TEM và SEM:
Vài thông số khác nhau:
SEM TEM
Trung bình 2nm 10nm
Độ phân giải
Đặc biệt 0.2nm 0.5nm
Độ sâu trường cao trung bình
Kỹ thuật chuẩn bị dễ dàng kỹ năng cao
Kiểu của mẩu không sống không sống
Độ dày mẩu thay đổi rất mỏng
Môi trường đặt mẩu chân không chân không
Ảnh thu được 2-D 3-D
IV.ỨNG DỤNG CỦA TEM & SEM:
Được sử dụng rất nhiều trong khoa học vật liệu,trong luyện kim và trong sinh học
Cho phép ta xác định các thông số như:
●Thành phần hóa học
●Độ dài và góc liên kết
●Cấu trúc điện tử
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
●Nguyễn Văn Đến,Quang phổ nguyên tử và ứng dụng,NXB ĐHQG TPHCM,2002
●Lê Văn Hiếu,Vật Lý Điện Tử,NXB ĐHQG TPHCM,2004
●Lê Khắc Bình,Quang Học Sóng,NXB ĐHQG TPHCM,2006
●Võ Trọng Nghĩa, Seminar Kính hiển vi điện tử,2006
●Một số trang web:
www.vi.wikipedia.com
www.en.wikipedia.com
www.thuvienvatly.com
www.vatlyvietnam.org
THE END.
*****
KÍNH CHÚC SỨC KHỎE THẦY VÀ CÁC BẠN !!!
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Trần Quang Minh
Dung lượng: |
Lượt tài: 0
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)