میکروسکوپ الکترونی عبوری ( TEM)

اصول کار:

به صورت کلی میکروسکوپ الکترونی عبوری مشابه با میکروسکوپ نوری است با این تفاوت که به جای نور با طول موج حدود ۵۰۰۰ از الکترون با طول موج ۰٫۰۵ استفاده می کند به صورت تئوری میتوان گفت قدرت میکروسکوپ الکترونی بار بهتر از میکروسکوپ نوری است.اما در حقیقت به علت خطاها و محدودیت عدسی ها این عدد به حدود ۱۰۰۰مرتبه کاهش می یابد. به علت این قدرت تفکیک بالا امکان کار بر روی ساختار اجسام و مشاهده اجزا تا ابعاد اتمی میسر می شود

اجزای دستگاه:

tem

از اجزای اصلی دستگاه می توان به تفنگ الکترونی ،عدسی جمع کننده، نگه دارنده نمونه ،نمونه ی عدسی شئ و تصویری، سیستم های از بین برنده ی آلودگی، پرده ی فلورسنت، دوربین عکاسی برشمرد. لازم به ذکر است که کل سیستم در خلا نور قرار دارد تا مسیر آزاد طولانی برای الکترون موجود باشد.

پراش در میکروسکوپ الکترونی عبوری:

در میکروسکوپ الکترونی الگوی پراش را میتوان با استفاده از اثرات تفرق الاستیک الکترون ها در برخورد با نمونه تهیه نمود.تفرق الاستیک به عنوان فرآیندی تعریف میشود که اگر چه ممکن است پهنا الکترون اولیه را تغییر بدهد. ولی انرژی آن را محسوسی نمی دهد.این نوع تفرق از واکنش های بین الکترونی ورودی و هسته و تمام الکترون های اطراف آن منتج می شود.چنانچه انرژی الکترون اولیه  باشد.

tem2

احتمال تفرق تحت زاویه کم بسیار بیشتر از احتمال تفرق تحت زاویه بزرگتر است همچنین احتمال تفرق تحت هر زاویه ای با افزایش انرژی الکترون ها کاهش می یابد. پویش آزاد میانگین برای تفرق الاستیک بستگی زیادی به عدد اتمی تفرق کننده دارد.به ظور کلی در میکروسکوپ های TEM دو روش برای بدست آوردن الگوی پراش وجود دارد. یکی از روش ها که معروف به روش « پراش از ناحیه ی انتخاب شده » (Selected Area Diffraction) می باشد.معمولا ناحیه ای دایره ای شکل را تحت تابش الکترون قرار می دهند. روش دوم پراش پرتوی همگرا «Convergent Beam Diffraction» است که به ریز پراش یا Micro Diffraction نیز معروف است. در این روش پرتوی الکترونی بر روی نقطه ی کوچک از نمونه متمرکز می شود. پس الگوی پراش ناشی از تمام ناحیه است که تحت اثر پرتوی الکترونی قرار میگیرند.

الگو های پراش در  TEM:

tem3

در میکروسکوپ الکترونی عبوری عمدتا ۳نوع الگوی پراش نقطه ای و خطوط کیکوچی و الگوی پراش الکترونی پرتوی همگرا CEBD قابل دستیابی است.

پراش نقطه ای:

الگوهای پراش نقطه ای در اثر انحراف پرتوهای الکترونی با صفحه های از کریستالی که تقریبا موازی با آن ها باشند حاصل میشود. البته پراش نقطه ای به تک یا پلی کریستالی بودن میکرو ساختار الگوهای مختلفی از خودشان می دهد. اگر نمونه تک کریستال به صورتی جهت گیری شده باشد که چندین دسته از صفحه ها با پرتو الکترون موازی باشد. الگوی پراش شامل ردیف های منظم از نقاط می باشد.اما اگر نمونه حاوی چندین کریستال با جهت گیری متفاوت باشد الگوی پراش ساخته میشود و به همین علت دارای پیچیدگی بیشتری است البته لازم به ذکر است تنها بعضی از صفحه ها میتوانند موجب پراش شوند یعنی تعداد فواصل ممکن d و نتیجه فواصل r بر روی الگوی پراش محدود بوده و نقاط به صورت اتفاقی توزیع نمی شود.بلکه دوایری می سازد که هر کدام r ثابتی دارند.در بحث فوق این فرض شده که پراش به صورت کامل از تمامی نقاط بوده ولی در عمل این امکان ندارد.

الگوهای خطوط کیکوچی:

با افزایش ضخامت کریستال در نمونه های بلورین برخی از الکترون هایی که به صورت غیرالاستیک متفرق می شوند ممکن است دوباره به صورت الاستیک تفرق حاصل کنند همچنین باعث می شود که خطوط کیکوچی به وجود آیند. به طور کلی در تفرق غیر الاستیک الکترون های برخوردی به نمونه شدت الکترون هایی با زاویه تفرق نسبت عکس دارد به  این معنی که با افزایش زاویه تفرق شدت تفرق غیر الاستیکی کاهش خواهد یافت.

الگوهای پراش الکترونی پرتوهای همگرا CBED:

در حالت پراش همگرا تابش پرتوی الکترونی به صورت همگرا به روی نقطه ای کوچک از نمونه موجب می شود که نقطه در الگوی پراش به صورت دیسک درآمده و الگوی پراش الکترونی پرتوی همگرا معروفند. این الگو حاصل اطلاعاتی چون ضخامت نمونه ،ساختار کریستالی ،پارامتر های شبکه است.

آماده سازی نمونه برای TEM:

تکنیک های آماده سازی را میتوان به دو دسته ی اصلی تقسیم کرد:

قسمت اول: برداشتن مواد ناخواسته توسط روش های شیمیایی و یا مکانیکی.

قسمت دوم: بریدن نمونه توسط یک کارد یا در امتداد صفحات کریستالوگرافی به گونه ای که یک نمونه بسیار نازک تولید شود.

کاربردهای میکروسکوپ الکترونی عبوری:

tem4

همانطور که قبلا گفته شد TEM میتواند ریز ساختارهای فلزی را نمایش بدهد. البته این امر مشروط به آماده سازی درست نمونه می باشد. TEM اطلاعات مشروحی درباره فلزات از قبیل توزیع حرکت نابجایی ها ،اندازه و تعداد و توضیح رسوبات ،آخال ها و مکانیزم ها جوانه  و رشد و حرکت لایه ها ارایه می دهد.

از دیگر کاربردهای عمده TEM میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مطالعه عیوب ساختاری و صفحات اتمی
  • تعیین مرکز نابجایی و انرژی نقص انباشتگی
  • بررسی هم سیمایی
  • استحاله های فازی
  • بازیابی و تبلور مجدد
  • خستگی
  • اکسیداسیون
  • رسوب
  • بررسی های ساختاری
  • بررسی سطوح شکست
  • مطالعه سرامیک ها و کانی ها

علاوه بر موارد فوق از مهمترین کاربرد های میکروسکوپ الکترونی بررسی فازی مواد با استفاده از تهیه طرح و الگوی پراش در TEM می باشد.

 

محدودیت های  TEM:

میکروسکوپ TEM با این ویژگی های درخور توجهی است اما دارای معایبی نیز است که میتوان آن ها را اینگونه شمرد:

  • نمونه سازی خسته کننده است و ممکن است انجام یک روش مناسب هفته ها طول بکشد.
  • قدرت تفکیک تصوری حدودkm 2
  • محدودیت آنالیز عنصری
  • محدود شدن شناسایی ساختار بلوری به فازها و ترکیبات به علت ناحیه آنالیزی کم

 

 

 

 

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *