Costruzione:
Un TEM è costituito da diversi componenti chiave:
1. Gun di elettrone:
- Genera un raggio di elettroni ad alta energia.
- In genere utilizza un filamento di tungsteno riscaldato come fonte di elettroni.
- Gli elettroni sono accelerati da un'alta tensione (in genere 100-300 kV).
2. Sistema delle lenti del condensatore:
- focalizza il raggio di elettroni sul campione.
- Consente il controllo dell'intensità e delle dimensioni del raggio.
3. Fase del campione:
- Tiene il campione, di solito fette o film sottili.
- consente un movimento preciso e l'inclinazione del campione.
4. Obiettivo lente:
- L'obiettivo più importante nel sistema.
- Crea un'immagine ingrandita del campione.
- ha una lunghezza focale molto breve per l'alta risoluzione.
5. Lente intermedio:
- Trasmette l'immagine dall'obiettivo dell'obiettivo all'obiettivo del proiettore.
- Può essere utilizzato per regolare l'ingrandimento e il contrasto dell'immagine.
6. Lente proiettore:
- ingrandisce ulteriormente l'immagine e la proietta sulla schermata di visualizzazione o su una fotocamera digitale.
7. Visualizzazione della schermata/Rilevatore:
- Visualizza l'immagine finale.
- Può essere uno schermo fluorescente o una fotocamera digitale.
8. Sistema a vuoto:
- Mantiene un vuoto elevato all'interno della colonna del microscopio.
- impedisce la dispersione del raggio di elettroni dalle molecole d'aria.
9. Alimentazione:
- Fornisce l'alta tensione richiesta per la pistola elettronica.
- Fornisce anche energia alle lenti e ad altri componenti.
Funzionamento:
1. Generazione del fascio di elettroni:
- La pistola elettronica emette un raggio di elettroni ad alta energia.
2. Focus su fascio:
- Le lenti del condensatore focalizzano il raggio sul campione.
3. Interazione del campione:
- Il raggio di elettroni interagisce con il campione.
- Alcuni elettroni passano attraverso il campione, mentre altri sono sparsi.
4. Formazione dell'immagine:
- L'obiettivo lente ingrandisce l'immagine formata dagli elettroni sparsi e trasmessi.
- Le lenti intermedie e proiettori ingrandiscono ulteriormente l'immagine.
5. Visualizzazione dell'immagine:
- L'immagine viene visualizzata nella schermata di visualizzazione o catturata da una fotocamera digitale.
Formazione di immagine in TEM:
TEM si basa sulla dispersione di elettroni da parte del campione. Materiali diversi hanno abilità di scattering diverse:
- Atomi pesanti Spargi gli elettroni più fortemente degli atomi leggeri.
- Materiali densi Scaffare gli elettroni più fortemente dei materiali meno densi.
Scattering di elettroni:
- Scattering elastico:gli elettroni cambiano direzione ma non energia.
- Scattering anelastico:gli elettroni perdono energia rispetto al campione.
Contrasto dell'immagine:
- Il contrasto dell'immagine è determinato dalla differenza nello scattering tra diverse parti del campione.
- Le aree con alta scattering di elettroni appaiono buie, mentre le aree con scarsa scattering sembrano luminose.
Applicazioni di TEM:
- Scienza dei materiali:studio di strutture cristalline, difetti e fasi.
- Biologia:studio di cellule, organelli e virus.
- Nanotecnologia:caratterizzazione di nanomateriali e dispositivi.
- Geologia:analisi della composizione e della struttura minerale.
Vantaggi di TEM:
- Alta risoluzione:può raggiungere una risoluzione atomica.
- ingrandimento elevato:può ingrandire gli oggetti fino a un milione di volte.
- Fornisce informazioni sulla struttura interna dei materiali.
Svantaggi di TEM:
- Richiede campioni sottili (in genere meno di 100 nm).
- Può essere costoso da acquistare e operare.
- Il campione può essere danneggiato dal raggio di elettroni.
Conclusione:
Il TEM è un potente strumento per studiare la struttura e la composizione dei materiali sulla nanoscala. La sua capacità di visualizzare e analizzare la struttura atomica dei materiali la rende indispensabile in molti campi della scienza e dell'ingegneria.
