Tiểu luận- báo cáo học cao học về : kinh hien vi dien tu TEM va HRTEM , kính hiển vi điện tử và kính hiển vi điện tử phân giải cao

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
TIỂU LUẬN
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA (TEM)
VÀ
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA PHÂN GIẢI CAO
( HRTEM)


GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tiến sỹ:
Nguyễn Thị Luyến


NHÓM 2
( Lớp cao học chuyên ngành Quang học )
1. Nguyễn Văn Hinh
2. Lưu Thị Huệ
3. Phạm Thị Phước


MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Phần 1: Mục đích của phương pháp đo dùng TEM và HRTEM
Phần 2: Lược sử phát triển của TEM và HRTEM
Phần 3: Mơ hình ,cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
Phần 4: Nguyên tắc đo, ứng dụng
Phần 5: Một số ví dụ kết quả đo
Phần 6: Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao HRTEM


1. MỤC ĐÍCH CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐO DÙNG TEM VÀ HRTEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission
electron microscopy, viết tắt: TEM) là một thiết bị nghiên cứu vi
cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu
xuyên qua mẫu vật rắn mỏng 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, hay trên film quang học hay ghi
nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.


2.LƯỢC SỬ PHÁT TRIỂN CỦA TEM VÀ HRTEM
Kính hiển vi (quang học)
để quan sát các vật nhỏ.
Các kính hiển vi này sử
dụng ánh sáng khả kiến
(visible light) để quan sát
các vật nhỏ. Kết quả là, độ
phân giải của thiết bị này
bị giới hạn bởi bước sóng
ánh sáng khả kiến (chỉ cỡ
vài trăm nanomet – 380
nanomet)

Nguồn: wikipedia.org


Vậy, cơng cụ nào có thể
sử dụng nếu ta muốn
quan sát những cấu trúc
nhỏ tới vài chục

nanomet, hay thậm chí
nhỏ hơn?


Ernst August Friedrich Ruska và Max Knoll về TEM năm 1931

Ernst Ruska

Nguồn: wikipedia.org

Max Knoll


TEM (transmission Electron microscopy )
TEM được phát triển thành
thương phẩm lần đầu tiên vào
năm 1936 tại Vương quốc
Anh bởi công ty
Metropolitan-Vickers EM1,
và sau đó được hồn chỉnh
bởi cơng ty Siemens (Đức)


Kính hiển vi
điện tử
truyền qua
đầu tiên


Kính hiển vi điện tử truyền qua tại Đại học Glasgow

Nguồn:
wikipedia.org


3. NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG, MƠ HÌNH, CẤU TẠO CỦA TEM

Kính hiển vi điện tử truyền
qua JEM1010 (JEOL).
Ảnh: Quang Huy


3.1.NGUYÊN TẮC CHUNG
Sự ra đời của cơ học lượng tử gắn liền với giả thiết của Louis-Victor De
Broglie, ở đó, mọi vi hạt chuyển động được coi như một sóng, có bước sóng
liên hệ với xung lượng 

h

p
Với me là khối lượng tĩnh của điện tử, V là thế tăng tốc, e là điện tích của điện tử
và c là tốc độ ánh sáng trong chân không.
Theo công thức này, nếu sóng điện tử được gia tốc với thế 100 kV, sẽ có
bước sóng khoảng 3,86 pm (0,00386 nm); cịn khi tăng tốc với thế cao áp 200 kV
sẽ có bước sóng nhỏ hơn, tới 2,51 pm (0,00251 nm), có nghĩa là sóng điện tử đủ
ngắn để cho khả năng tán xạ trên từng nguyên tử, cho phép chụp lại hình
ảnh nguyên tử.


3.2. MƠ HÌNH HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA TEM

1. Dịng electron được định dạng và gia tốc về phía
mẫu bằng một điện thế dương
2. Dịng này sau đó bị hạn chế và tập trung lại bằng
một khẩu độ kim lọai và thấu kính từ để tạo ra dịng
nhỏ, hội tụ và đơn sắc.
3. Dịng 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


3.3. CẤU TẠO CỦA TEM
3.3.1.NGUỒN PHÁT ĐIỆN TỬ


3.3.2.TĂNG TỐC TRONG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ HỘI TỤ BỞI THẤU KÍNH TỪ


Bảng 1: Sự phụ thuộc giữa bước sóng với khối lượng và vận
tốc điện tử vào thế tăng tốc


3.3.4. HỆ THỐNG THẤU KÍNH TẠO ẢNH
Trong TEM, có nhiều thấu kính có vai trị khác nhau:

Hệ thấu kính hội tụ (Condenser lens): Đây là hệ thấu kính có
tác dụng tập trung chùm điện tử vừa phát ra khỏi súng phóng
và điều khiển kích thước cũng như độ hội tụ của chùm tia.

Thấu kính phóng đại (Magnification lens): Là hệ thấu kính có
chức năng phóng đại ảnh, độ phóng đại được thay đổi thông
qua việc thay đổi tiêu cực của thấu kính.


Thấu kính nhiễu xạ (Diffraction lens): Có vai trị hội tụ

chùm tia nhiễu xạ từ các góc khác nhau và tạo ra ảnh
nhiễu xạ điện tử trên mặt phẳng tiêu của thấu kính.
Ngồi ra, trong TEM cịn có các hệ lăng kính và thấu
kính (Projection lens) có tác dụng bẻ đường đi của điện tử
để lật ảnh hoặc điều khiển việc ghi nhận điện tử trong các
phép phân tích khác nhau.


3.3.5.SỰ TẠO ẢNH TRONG TEM
Xét trên nguyên lý, ảnh của TEM vẫn được tạo theo các cơ chế quang
học, nhưng tính chất ảnh tùy thuộc vào từng chế độ ghi ảnh. Điểm khác cơ
bản của ảnh TEM so với ảnh quang học là độ tương phản khác so với ảnh
trong kính hiển vi quang học và các loại kính hiển vi khác. Nếu như ảnh
trong kính hiển vi quang học có độ tương phản chủ yếu đem lại do hiệu ứng
hấp thụ ánh sáng thì độ tương phản của ảnh TEM lại chủ yếu xuất phát từ
khả năng tán xạ điện tử. Các chế độ tương phản trong TEM:
 Tương phản biên độ (Amplitude contrast): Đem lại do hiệu ứng hấp thụ điện
tử (do độ dày, do thành phần hóa học) của mẫu vật. Kiểu tương phản này có
thể gồm tương phản độ dày, tương phản nguyên tử khối (trong STEM)


Tương phản pha (Phase contrast): Có nguồn gốc từ việc các điện tử

bị tán xạ dưới các góc khác nhau – nguyên lý này rất quan trọng
trong các hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao hoặc trong các
Lorentz TEM sử dụng cho chụp ảnh cấu trúc từ.
Tương phản nhiễu xạ (Diffraction contrast): Liên quan đến việc các

điện tử bị tán xạ theo các hướng khác nhau do tính chất của vật rắn
tinh thể. Cơ chế này sử dụng trong việc tạo ra các ảnh trường sáng
và trường tối.


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


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
vng góc với mẫu. Ảnh tạo ra
giống như hình ảnh nhiễu xạ
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