Elektronenmikroskop, Mikroskop, das mit einem Elektronenstrahl anstelle eines Lichtstrahls eine extrem hohe Auflösung erreicht, um das Untersuchungsobjekt zu beleuchten.
Metallurgie: Elektronenmikroskopie
Bei der Verwendung fein fokussierter Strahlen energetischer Elektronen zur Untersuchung von Metallen wurden große Fortschritte erzielt. Elektronenmikroskop s
Geschichte
Grundlagenforschung vieler Physiker im ersten Viertel des 20. Jahrhunderts legte nahe, dass Kathodenstrahlen (dh Elektronen) auf irgendeine Weise verwendet werden könnten, um die Auflösung des Mikroskops zu erhöhen. Der französische Physiker Louis de Broglie eröffnete 1924 den Weg mit dem Vorschlag, Elektronenstrahlen als eine Form der Wellenbewegung zu betrachten. De Broglie leitete die Formel für ihre Wellenlänge ab, die zeigte, dass beispielsweise für Elektronen, die um 60.000 Volt (oder 60 Kilovolt [k]) beschleunigt wurden, die effektive Wellenlänge 0,05 Angström (Å) beträgt, dh 1 / 100.000 derjenigen von Grün Licht. Wenn solche Wellen in einem Mikroskop verwendet werden könnten, würde sich eine beträchtliche Erhöhung der Auflösung ergeben. 1926 wurde gezeigt, dass magnetische oder elektrostatische Felder als Linsen für Elektronen oder andere geladene Teilchen dienen können. Diese Entdeckung leitete das Studium der Elektronenoptik ein, und bis 1931 hatten die deutschen Elektrotechniker Max Knoll und Ernst Ruska ein Zwei-Linsen-Elektronenmikroskop entwickelt, das Bilder der Elektronenquelle erzeugte. 1933 wurde ein primitives Elektronenmikroskop gebaut, das eine Probe anstelle der Elektronenquelle abbildete, und 1935 erzeugte Knoll ein gescanntes Bild einer festen Oberfläche. Die Auflösung des optischen Mikroskops wurde bald übertroffen.
Der deutsche Physiker Manfred, Freiherr (Baron) von Ardenne und der britische Elektronikingenieur Charles Oatley legten den Grundstein für die Transmissionselektronenmikroskopie (bei der sich der Elektronenstrahl durch die Probe bewegt) und die Rasterelektronenmikroskopie (bei der der Elektronenstrahl aus der anderen Probe austritt) Elektronen, die dann analysiert werden), die vor allem in Ardennes Buch Elektronen-Übermikroskopie (1940) aufgezeichnet sind. Weitere Fortschritte beim Bau von Elektronenmikroskopen wurden während des Zweiten Weltkriegs verzögert, erhielten jedoch 1946 mit der Erfindung des Stigmators, der den Astigmatismus der Objektivlinse kompensierte, einen Anstoß, wonach die Produktion weiter verbreitet wurde.
Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) kann Proben mit einer Dicke von bis zu 1 Mikrometer abbilden. Hochspannungselektronenmikroskope ähneln TEMs, arbeiten jedoch bei viel höheren Spannungen. Mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM), bei dem ein Elektronenstrahl über die Oberfläche eines festen Objekts gescannt wird, wird ein Bild der Details der Oberflächenstruktur erstellt. Das Umwelt-Rasterelektronenmikroskop (ESEM) kann im Gegensatz zum REM ein gescanntes Bild einer Probe in einer Atmosphäre erzeugen und ist für die Untersuchung feuchter Proben, einschließlich einiger lebender Organismen, geeignet.
Kombinationen von Techniken haben das Raster-Transmissionselektronenmikroskop (STEM) hervorgebracht, das die Methoden von TEM und SEM kombiniert, und den Elektronensonden-Mikroanalysator oder Mikrosondenanalysator, der eine chemische Analyse der Zusammensetzung von Materialien unter Verwendung ermöglicht der einfallende Elektronenstrahl, um die Emission charakteristischer Röntgenstrahlen durch die chemischen Elemente in der Probe anzuregen. Diese Röntgenstrahlen werden mit im Instrument eingebauten Spektrometern erfasst und analysiert. Mikrosondenanalysatoren können ein Elektronenabtastbild erzeugen, so dass Struktur und Zusammensetzung leicht korreliert werden können.
Ein anderer Typ eines Elektronenmikroskops ist das Feldemissionsmikroskop, bei dem ein starkes elektrisches Feld verwendet wird, um Elektronen aus einem in einer Kathodenstrahlröhre montierten Draht zu ziehen.
