Bài thuyết trình kính hiển vi điện tử (semtem)

kính hiển vi điện tử 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 dụng1. 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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Và KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ

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

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

A.TEM(transmission lectron

microscopy )

Hình 5: Kính hiển vi điện tử truyền qua

Hình 6: Kính hiển vi điện tử truyền qua tại

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

p

 

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

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:

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.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:

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

THE END.

*****

KÍNH CHÚC SỨC KHỎE THẦY

VÀ CÁC BẠN !!!