Báo cáo bài tập lớn-KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ

Báo cáo bài tập lớn
Nhóm 2 – KU1301-KU1302
Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Đại Học Bách Khoa TpHCM
Kính hiển vi điện tử
Từ kính hiển vi quang học đến kính hiển vi
điện tử
Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi quang học
Các loại kính hiển vi điện tử
phổ biến

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Kính hiển vi điện tử TUNEL (STM)

Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua
(Tranmission Electron Microscopy - TEM)

Năm 1924 trong luận án tiến sĩ của mình,Louis De Broglie đưa ra
giả thuyết:Các hạt vi mô điều có tính chất sóng,hạt có động
lượng P=mv ứng với sóng có bước sóng có bước sóng

Bước sóng của điện tử nhỏ hơn rất nhiều so với sóng ánh sáng
nên sử dụng sóng điện tử sẽ tạo ra thiết bị có độ phân giải tốt
hơn nhiều kính hiển vi quang học
h h

p mv
λ
= =
Kính hiển vi điện tử truyền qua
Cấu tạo
Kính hiển vi điện tử truyền qua
Súng phóng điện tử

Súng phóng điện tử là nguồn phát điện tử (electron) để thay thế
ánh sáng chiếu vào vật cần quan sát.
Kính hiển vi điện tử truyền qua
Thấu kính từ

Nguyên tắc hoạt động: tương tư thấu kính thủy tinh để định
hướng cho chùm tia điện tử trong kính hiển vi

Cấu tạo: Là một nam châm điện có cấu trúc là một cuộn dây
cuốn trên lõi làm bằng vật liệu từ mềm. Để điều khiển chùm tia
electron qua thấu kính, cần phải điều chỉnh cường độ dòng điện
qua cuộn dây.
Kính hiển vi điện tử truyền qua
Bộ phận ghi nhận và quan sát ảnh

Khác với kính hiển vi quang học, TEM sử dụng chùm điện tử thay
cho nguồn sáng khả kiến. Để quan sát ảnh, có thể sử dụng các
cách dưới đây:
•
Màn huỳnh quang và phim quang học
•
Camera điện tử

Kính hiển vi điện tử truyền qua
Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm:
•
Tạo ảnh với độ tương phản, độ phân giải cao
•
Có thể thực hiện phương pháp nhiễu xạ điện tử, với chùm electron là chùm
sóng đơn sắc còn mẫu tinh thể là cách tử không gian 3 chiều, từ đó kết hợp
với ảnh hiển vi cho biết nhiều hơn thông tin về cấu trúc vật chất

Hạn chế
•
Yêu cầu khắt khe trong quá trình hoạt động và bảo dưỡng, trình độ vận hành
cao
•
Chi phí cao
•
Đòi hỏi xử lý mẫu vật phức tạp (cần phải phá hủy mẫu), mẫu nghiên cứu của
TEM có độ dày rất nhỏ (cỡ hàng chục nm)
•
Còn khiếm khuyết trong việc cho thông tin về độ sâu của ảnh
Kính hiển vi điện tử quét
(Scanning Electron Microscopy - SEM)

Kính hiển vi điện tử quét , 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 các electron hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo
ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân
tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt

mẫu vật.
Kính hiển vi điện tử quét
Các bức xạ điện tử chủ yếu khi chiếu
chùm tia điện tử lên bề mặt mẫu vật

Bức xạ điện tử thứ cấp

Bức xạ điện tử tán xạ ngược

Tia X, ánh sáng, các loại điện tử khác
Tất cả các bức xạ này đều được Detector ghi lại, từ đó có thể tái tạo
lại hình ảnh bề mặt mẫu vật.
Kính hiển vi điện tử quét
Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Kính hiển vi điện tử quét
Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm
•
Làm mẫu dễ dàng, không phải cắt lát mỏng
•
Tạo ảnh phóng đại bằng phương pháp quét, do đó ảnh có chiều sâu cũng
như chi tiết tốt hơn.
•
Có thể chụp nhiều kiểu ảnh trên cùng một mẫu, mỗi kiểu thể hiện một đặc
tính khác nhau bằng việc thay đổi đầu thu (detector)

Hạn chế
•
Mẫu quan sát vẫn phải được đặt trong môi trường chân không

•
Ảnh dù có độ sâu nhưng vẫn là ảnh 2 chiều, và chỉ quan sát được bề mặt của
vật mẫu
•
Năng suất phân giải kém hơn kính hiển vi điện tử truyền qua và còn cách rất
xa yêu cầu thấy được nguyên tử
Kính hiển vi điện tử TUNEL
Hiệu ứng đường hầm

Hiệu ứng đường ngầm là hiện tượng một vi hạt vượt qua một rào
thế năng có độ lớn U
0
lớn hơn năng lượng E của hạt. Rào thế
năng là một miền không gian có thế năng lớn hơn thế năng các
miền xung quanh.
Kính hiển vi điện tử TUNEL
Cấu tạo và nguyên lý
Kính hiển vi điện tử TUNEL
Cấu tạo và nguyên lý
Kính hiển vi điện tử TUNEL
Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Có độ phân giải cao ( thấy được những hình ảnh tưởng như không
thế: nguyên tử, ADN…)

Không còn bị giới hạn bởi môi trường chân không như SEM, TEM.

STM là một kỹ thuật ghi ảnh mà không đòi hỏi phải phá hủy mẫu

như kính TEM ( kính hiển vi điện tử với độ phân giải tương
đương).
Kính hiển vi điện tử TUNEL
Ưu điểm và hạn chế

Hạn chế
•
Yêu cầu cơ chế chống rung phức tạp
•
Vật mẫu phải dẫn điện
•
Tốc độ ghi nhận hình ảnh thấp
•
Chỉ dùng khảo sát cấu trúc bề mặt của mẫu
Kính hiển vi lực nguyên tử
(Atomic Force Microscopy - AFM)

Để khắc phục một số hạn chế của kính hiển vi TUNEL, Binnig và
Rohrer đã phát minh ra kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)

Kính hiển vi lực nguyên tử hoạt động theo nguyên tắc đầu dò như
kính hiển vi TUNEL nhưng dựa vào lực tương tác giữa nguyên tử
ở bề mặt vật mẫu và nguyên tử ở đầu mút đầu dò để tạo ảnh
Kính hiển vi lực nguyên tử
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Kính hiển vi lực nguyên tử
Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm
•

Có độ phân giải cao
•
Cung cấp thông tin ba chiều của bề mặt vật mẫu
•
Sử dụng dược trên vật mẫu dẫn điện và vật cách điện
•
Không yêu cầu môi trường chân không

Hạn chế
•
Chỉ quét được trên một diện tích rất nhỏ (tối đa 150
•
Tốc độ quét chậm, chất lượng ảnh bị ảnh hưởng bởi rung động bên ngoài)
m
µ