Kính hiển vi điện tử truyền qua được phát triển từ năm 1930 là cơng cụ kỹ thuật khơng thể thiếu cho nghiên cứu vật liệu và y học. Dựa trên nguyên tắc hoạt động cơ bản của kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử truyền qua cĩ ưu điểm nổi bật nhờ bước sĩng của chùm điện tử ngắn hơn rất nhiều so với ánh sáng nhìn thấy nên kính hiển vi truyền qua cĩ thể quan sát tới kích cỡ 0,2 nm. Kính hiển vi điện tử truyền qua được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc bên trong của các cấu trúc nano và micro.
2.2.2.1. Nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi truyền qua
Kính hiển vi truyền qua hoạt động bằng cách làm cho các electron di chuyển xuyên qua mẫu vật và sử dụng các thấu kính từ tính phĩng đại hình ảnh của cấu trúc, phần nào giống như ánh sáng chiếu xuyên qua vật liệu ở các kính hiển vi ánh sáng thơng thường. Các điện tử từ catot bằng dây tungsten đốt nĩng đi tới anot và được hội tụ bằng “thấu kính từ” lên mẫu đặt trong buồng chân khơng. Tác dụng của tia điện tử tới mẫu cĩ thể tạo ra chùm điện tử thứ cấp, điện tử phản xạ, điện tử Auger, tia X thứ cấp, phát quang catot và tán xạ khơng đàn hồi với các đám mây điện tử trong mẫu cùng với tán xạ đàn hồi với hạt nhân nguyên tử. Các điện tử truyền qua mẫu được khuyếch đại và ghi lại dưới dạng ảnh huỳnh quang hoặc kỹ thuật số.
Do bước sĩng của các electron ngắn hơn bước sĩng của ánh sáng, nên các hình ảnh của TEM cĩ độ phân giải cao hơn so với các hình ảnh của một kính hiển vi ánh sáng. TEM cĩ thể cho thấy rõ những chi tiết nhỏ nhất của cấu trúc bên trong, trong một số trường hợp lên tới từng nguyên tử.
Nhiễu xạ điện tử cĩ thể cung cấp những thơng tin rất cơ bản về cấu trúc tinh thể và đặc trưng vật liệu. Chùm điện tử nhiễu xạ từ vật liệu phụ thuộc vào bước sĩng của chùm điện tử tới và khoảng cách mặt mạng trong tinh thể tuân theo định luật Bragg. Do bước sĩng của chùm điện tử rất nhỏ nên ứng với các khoảng cách mạng trong tinh thể thì gĩc nhiễu xạ phải rất bé (θ ≈ 0,010).
Tuỳ thuộc vào bản chất của vật liệu, ảnh nhiễu xạ điện tử thường là những vùng sáng tối gọi là trường sáng - trường tối. Trường sáng là ảnh của vật liệu vơ định hình cịn trường tối là ảnh của vật liệu cĩ dạng tinh thể.
2.2.2.2. Quy trình tiến hành đo TEM
Để khảo sát các thơng số cĩ thể ảnh hưởng tới kích thước hạt như loại dung mơi, nồng độ dung mơi, thời gian chiếu laser, cơng suất laser, chúng tơi chọn hai mẫu cĩ cùng một điều kiện về các thơng số và khác nhau về một thơng số cần nghiên cứu. Các mẫu sau khi được chế tạo được cho vào lọ thuỷ tinh màu để tránh ánh sáng, đậy kín để tránh tiếp xúc khơng khí. Sau đĩ được gửi đi đo TEM tại Viện vệ sinh dịch tễ Trung Ương.
Khi mẫu được gửi đến dạng dung dịch, dung dịch hạt keo nano cần đo được nhỏ giọt lên mạng lưới đồng đã được bao phủ carbon và để chúng khơ hồn tồn ở nhiệt độ phịng. Các hạt nano kim loại sẽ bám vào bề mặt lưới và được đo bằng kính hiển vi điện tử truyền qua JEM101, JEOL (Nhật Bản). Sau khi tinh chỉnh máy để đạt được ảnh TEM của hạt nano Au rõ nét nhất, các ảnh TEM sẽ được chụp và gửi dữ liệu đến máy tính dưới dạng file ảnh.
Hình 2.7: Ảnh chụp kính hiển vi điện tử truyền qua JEM101, JEOL
2.2.2.3. Xử lý số liệu
Trong luận văn này, chúng tơi xác định kích thước hạt dựa trên phần mềm ImageJ 1.46r của Wayne Rasband (Nationnal institues of Heath, USA). Phần mềm ImageJ 1.46r cho phép định nghĩa một khoảng cĩ độ dài cĩ giá trị chuẩn trên hình. Sau đĩ, tiến hành đo đường kính các hạt nano Au trên hình. Phần mềm cịn cho phép ta cĩ thể phĩng to ảnh để xác định chính xác bán kính hạt. Tiến hành xác định bán kính của khoảng 500 hạt. Sau đĩ đưa số liệu vào phần mềm Origin 8.5.1 phân tích tần xuất xuất hiện các kích thước hạt. Kích thước hạt trung bình cĩ thể tính dựa vào phần mềm Microsoft Excel 2010 bằng hàm Average.