Rys historyczny - Sekcja Mikroskopii Elektronowej

Idź do spisu treści

Menu główne:

Rys historyczny

 
Rys historyczny


Na początku XX wieku odkrycia A. Wehnelta i prace H. Busha przyczyniły się do potwierdzenia hipotezy de Broigle'a o falach materii. Udało się doświadczalnie wykazać, że przyspieszone elektrony w próżni zachowują właściwości fali o długości około sto tysięcy razy krótszej niż światło widzialne. Ponadto okazało się, że pole elektromagnetyczne może być użyte do kształtowania wiązki elektronowej - w podobny sposób jak soczewki do zginania i skupiania wiązki świetlnej w klasycznej optyce. Odkrycia te stały się fundamentem szerokiej gamy technik badawczych określanych wspólną nazwą: mikroskopia elektronowa.

 

 

 

 
 
Początki mikroskopii elektronowej

Koncepcja pierwszego transmisyjnego mikroskopu elektronowego zbudowanego w 1931 roku przez Ernsta Ruska opierała się na konstrukcji klasycznego prześwietleniowego (transmisyjnego) mikroskopu optycznego i stanowiła praktyczny dowód dualizmu korpuskuralno-falowego.
Już trzy lata później E. Ruska stosując trzy soczewki elektromagnetyczne uzyskał rozdzielczość rzędu 100 nm (czyli dwa razy lepszą niż uzyskiwaną przy pomocy klasycznego mikroskopu optycznego).
Na Rys. 1 przedstawiono jeden z pierwszych mikroskopów elektronowych. Eksponat znajduje się w zbiorach Muzeum
Za swój wkład w rozwój mikroskopii Erns Ruska otrzymał w 1986 roku Nagrodę Nobla - wg prefacji "for his fundamental work in electron optics, and for the design of the first electron microscope" (biogram na stronie nobelprize.org).


Zestawienie ważniejszych wydarzeń w historii mikroskopii elektronowej przedstawiono na Rys. 1.



Rys. 1 Mikroskop elektronowy skonstruowany przez E. Ruska w 1933 r.
 
 

 

 
 
Tab.1. Ważniejsze daty w rozwoju mikroskopii elektronowej

Data

Wydarzenie

1897

odkrycie elektronu (J. J. Thomson)

1903

doświadczenie demonstrujące możliwość skupienia wiązki elektronowej przez pole elektryczne/magnetyczne (A. Wehnelt)

1926

teoria soczewek elektromagnetycznych (H. Bush)

1931

budowa pierwszego mikroskopu elektronowego (E. Ruska)

1939

wprowadzenie mikroskopów elektronowych do komercyjnego obiegu

1942

budowa pierwszego skaningowego mikroskopu elektronowego (V. Zworykin, J. Hillier)

1945

uzyskanie obrazów o rozdzielczości ~1.0 nm

1965

uzyskanie obrazów o rozdzielczości  ~0.2 nm

1968

wprowadzenie mikroskopów skaningowych do komercyjnego obiegu (A. Crewe)

 

użycie działa z emisją polową jako emitera elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym (A. Crewe)

1986

nagroda Nobla dla E. Ruska

1999

uzyskanie obrazu z rozdzielczością ~0.1 nm (TEM)

Rys. 1. Ważniejsze daty w rozwoju mikroskopii elektronowej.

 

 
 
Tab. 2. Mikroskopia elektronowa w XX wieku

Okres

Typ próbek

Zastosowania/Rozwój

Aparatura/Teoria

Rozdzielczość

lata 40.

Repliki

  • tlenkowe

  • węglowe

  • z tworzyw sztucznych

  • powierzchnie

  • fraktografia

  • 50 kV, pojedynczy kondenser

  • pierwsza praca teoretyczna o mikroskopii elektronowej  Heidenreich (1949)

  • 10nm

lata 50.

Cienkie folie

  • defekty krystaliczne

  • przejścia fazowe

  • 100 kV

  • rozwój teorii kontrastu

  • 0.5-2nm

lata 60.

  • metale

  • półprzewodniki

  • ceramika

  • minerały

  • dynamiczne badania in-situ

  • mikroanaliza dyfrakcyjna

  • wysokonapięciowy mikroskop (Touluse 1.2 MeV i 3MeV)

  • elektronowa mikroskopia skaningowa

  • akcesoria do badań in-situ

  • kontrolowane eksperymenty

  • 0.3 nm (transmisja)

  • 15-20 nm (skaning)

lata 70.

  • kataliza

  • quasikryształy

  • wysokorozdzielcze obrazowanie

  • obrazowanie struktury krystalicznej

  • analityczna elektronowa mikroskopia transmisyjna

  • skaningowa elektronowa mikroskopia transmisyjna

  • dyspersja energii promieniowania rentgenowskiego

  • spektroskopia strat energii elektronów

  • komercyjne wysokonapięciowe mikroskopy elektronowe

  • teoria obrazowania wysokorozdzielczego

  • 0.2 nm (transmisja)

  • 7 nm (standardowy skaning)

lata 80.

  • praktycznie wszystkie matetriały

  • obrazowanie powierzchni

  • blisko rozdzielczości atomowej

  • komercyjne średnionapięciowe wysokorozdzielcze analityczne mikroskopy elektronowe (300-400kV)

  • mikroskopia w ultra wysokiej próżni

  • poprawa możliwości analitycznych

  • 0.15 nm (transmisja)

  • 7 nm (skaning przy 1kV)

lata 90.

  • praktycznie wszystkie matetriały

  • nanostruktury

  • projektowanie stopów metalicznych

  • projektowanie stopów metalicznych

  • rozdzielczość atomowa

  • metody szybkich obliczeń w symulacji obrazu

  • zintegrowane skanowanie cyfrowe i zbieranie obrazu nanostruktury

  • 0.1 nm (transmisja)

  • 3 nm (skaning przy 1kV)

 

 
 

[1] Impact of Electron and Scanning Probe Microscopy on Materials Research, ed. Rickerby, Valdre, Kluwer (1999) oraz Vander Voort & Friel (eds.), Development in Materials Characterization Technologies.

 

Aktualizacja 2014-01-20

Poprawny CSS!

Wróć do spisu treści | Wróć do menu głównego