Nguyên lý, vai trò và ứng dụng của kính hiển vi điện tử

NỘI DUNG TRÌNH BÀY 1 Sơ lược về kính hiển vi 2 Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM 3 Kính hiển vi điện tử quét SEM... SƠ LƯỢC VỀ KÍNH HIỂN VI Kính hiển vi là một dụng cụ sử dụng một thấ

Nguyên lý, vai trò và ứng dụng của

http://www.neb-researchgroup.vn/detail-mem/22 http://tapchiyhocduphong.vn

VIỆN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

1) Sơ lược về kính hiển vi

2) Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 3) Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

SƠ LƯỢC VỀ KÍNH HIỂN VI

Kính hiển vi là một dụng cụ sử dụng một thấu kính hay dải thấu kính để phóng đại một vật

Kính hiển vi đầu tiên (1595) Kính hiển vi hiện đại

(JEOL JEM-ARM300F, R = 63 pm)

~420 năm

 Phát triển: Hơn 4 thế kỷ

 Cải tiến: hệ quang học – camera - hệ laze (điện tử) - bộ lọc – máy tính…

 Chất lượng: Độ phân giải (~63 pm) và độ phóng đại (~ x triệu lần)

Quá trình phát triển của kính hiển vi

- Cha đẻ của khoa học hiển vi;

- Nhà vi sinh vật học đầu tiên

- Quan sát: vi khuẩn, cơ, tinh trùng, hồng cầu…

Zacharias Jansen (1580 - 1638)

- Quốc tịch: Hà Lan

- Thợ mài kính -> nhà hiển vi, quang học

- Tạo ra kính hiển vi quang học đầu tiên

Robert Hooke (1635 - 1703)

- Quốc tịch: Anh

- Nhà vật lý (F=-kx), hình học, kiến trúc, nhà hiển vi, sinh học…

- “Cha đẻ của khoa học hiển vi người Anh”

1838 Charles A Spencer (- Quốc tịch: Mỹ 1813 – 1881)

- Chế tạo và kinh doanh kính hiển vi

- Là người Mỹ đầu tiên chế tạo ra kính hiển vi

1903

Carl Zeiss

Richard Zsigmondy (1865 – 1929)

- Quốc tịch: Áo - Hung

- Chế tạo ra siêu kính hiển vi

- Quan sát được vật nhỏ hơn bước sóng ánh sáng

- Giải Nobel hóa học năm 1925

Quá trình phát triển của kính hiển vi

1931- 1933 Ernst Ruska (- Quốc tịch: Đức 1906 – 1988)

- Người đầu tiên phát minh ra kính hiển vi điện tử

- Giải Nobel vật lý năm 1986 (1/2)

1960s

1932 Frits Zernike (- Quốc tịch: Hà Lan 1888 – 1966)

- Phát minh ra kính phản pha

- Giải Nobel vật lý năm 1953

Johan Sebastiaan Ploem (1927 – )

1981

Gerd Binnig (1947- )

Quốc tịch: Đức

- Đồng tác giả phát minh ra kính chui hầm

- Giải Nobel vật lý năm 1986 (1/4)

Heinrich Rohrer (1933- )

Quốc tịch: Thụy Sĩ

- Đồng tác giả phát minh ra kính chui hầm

- Giải Nobel vật lý năm 1986 (1/4)

Kính hiển vi điện tử đầu tiên

Max Knoll và Ernst Ruska năm 1931 tại Berlin

Giải Nobel năm 1986

Một số khái niệm cơ bản về hiển vi

- Hiển vi (Microscopy): sử dụng một dụng cụ bổ trợ cho mắt để quan sát những vật nhỏ bé mà mắt thường không nhìn thấy được

- Độ phóng đại (Magnifcation): khả năng phóng đại một vật (mẫu)

M= dA’B’/dAB

(M: độ phóng đại; d A’B’ : độ lớn ảnh của vật; d AB : độ lớn mẫu ban đầu)

- Độ phân giải (Resolution): Khoảng cách nhỏ nhất để phân biệt được hai điểm: Công thức Abbe: R = 0,6λ/nsinα

(R: độ phân giải; λ: bước sóng ; n: chiết suất môi trường; α: bán góc mở)

- Bước sóng (wavelength): là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng

Ánh sáng khả kiến: 400 nm -700 nm

Điện tử: ~pm

Phân loại kính hiển vi

http://en.wikipedia.org/wiki/Microscope

-3 loại kính hiển vi chính: quang học, điện tử và quét đầu dò

~200 nm ≥2 A0 ≥ 1 nm ~ 1 A0

Hiển vi quang học Hiển vi điện tử

Hiển vi quét đầu dò

Phân loại kính hiển vi

Kính hiển vi quang học Kính hiển điện tử Kính hiển quét đầu dò

- Kính hiển vi soi nổi

- Kính hiển vi ánh sáng truyền qua

- Kính hiển vi huỳnh quang

- Kính hiển vi phân cực

- Kính hiển vi đồng tụ

- Kính hiển vi tương phản pha

- Kính hiển điện tử truyền qua (TEM)

- Kình hiển vi điện tử quét (SEM)

- Kính hiển lực nguyên tử (AFM)

- Kính hiển vi chui hầm (SPM)

- Kính hiển vi quang học quét

tr ường gân (SNOM)

- Độ phân giải kính hiển vi quang học và hiển vi điện tử phụ thuộc vào bước sóng của chùm bức xạ sử dụng để tạo ảnh Chùm tia có bước sóng ngắn hơn sẽ cho ảnh có độ

phân giải cao hơn

- K ính hiển vi quét đầu dò không sử dụng chùm bức xạ để tạo ảnh, mà tạo ảnh thông qua tương tác giữa đầu dò và bề mặt của mẫu vật Do đó, độ phân giải của kính hiển vi đầu dò chỉ bị giới hạn bởi kích thước của đầu dò

Đối tượng quan sát của kính hiển vi

KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

Nguyên lý hoạt động: chùm điện tử đi xuyên qua mẫu và nhờ hệ thấu kính điện từ

để khuyếch đại lên vài chục tới vài triệu lần

Tạo ảnh: chùm điện tử truyền qua mẫu; tạo ảnh phía dưới bề mặt mẫu; màu kiểu đen trắng, 2 chiều Quan sát trên màn huỳnh quang, chụp phim hoặc màn hình

Ứng dụng:

Quan sát hình thái, kích thước và cấu trúc

mẫu vật

Cấu tạo của TEM

*Hệ thống chiếu sáng

* Hệ thống điều khiển mẫu

* Hệ thống tạo ảnh

* Hệ thống chân không

Mặt cắt dọc của TEM

Hệ thống chiếu sáng

Các loại filament cho súng điện tử

Thế gia tốc và bước sóng của chùm điện tử

Thế gia tốc (kV)

Bước sóng (nm)

Hệ thống điều khiển mẫu

Thanh đặt mẫu

Lưới đồng, đk: 3,05 mm Buồng mẫu

Tạo ảnh qua loạt thấu kính điện từ

Hệ thống tạo ảnh

Chế độ tạo ảnh TEM?

- Chế độ tạo ảnh trường sáng

- Chế độ tạo ảnh trường tối

- Chế độ tạo ảnh nhiễu xạ

N ơi nào có mật độ vật liệu đậm đặc hơn thì

ảnh nhận được sẽ tối hơn

Tạo ảnh trường sáng

Hệ chân không

- Nguồn phát xạ: chùm điện tử có bước sóng ngắn => chân không cao

Bơm sơ cấp Bơm khuếch

MWCNTs Si/SiO2 core shell

KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT

Nguyên lý hoạt động: dùng chùm điện tử chiếu lên bề mặt mẫu tạo ra các chùm điện

tử thứ cấp và tán xạ ngược, nhờ các đầu dò thu lại tín hiệu này và tái tạo lại hình ảnh

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Tương tác giữa chùm tia điện tử và mẫu

Nguồn: wikipedia

CNTs Si nanowires

Venturi et al 2015 Vlieger et al 2014

Một số ảnh SEM

AgNPs

Thuc et al 2016

SEM và TEM

Xin cảm ơn!