Kính hiển vi điện tử quét là gì? Nguyên lý, cấu tạo, ứng dụng của SEM

29/05/2024 39

Nhờ khả năng phóng đại cao và cung cấp hình ảnh chi tiết với độ phân giải vượt trội, kính hiển vi điện tử quét SEM đã giúp con người khám phá nhiều kiến thức mới trong nghiên cứu và các ứng dụng thực tế. Vậy kính hiển vi điện tử quét là gì? Nguyên lý, cấu tạo, ứng dụng của SEM? Hãy cùng Thongtinkythuat.com tìm hiểu chi tiết trong bài sau đây nhé.

Kính hiển vi điện tử quét là gì?

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một kính hiển vi kỹ thuật số sử dụng chùm tia điện tử tập trung để quét bề mặt mẫu vật và tạo ra hình ảnh ở độ phân giải cao. Độ phân giải của dòng kính hiển vi SEM có thể dao động từ <1 nanomet đến vài nanomet.

Kính hiển vi điện tử quét là gì?

Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quét

SEM hoạt động dựa trên nguyên tắc chiếu chùm electron năng lượng cao ở đầu cột trong súng điện tử và các electron được gia tốc qua cột ở một điện áp gia tốc xác định trong SEM. Thấu kính hội tụ và khẩu độ có tác dụng làm giảm đường kính chùm tia.

Thấu kính cuối cùng trong cột là thấu kính vật kính, giúp tập trung chùm tia vào bề mặt mẫu. Đường kính của chùm tia trong SEM có thể dao động từ <1 nanomet đến 20 nanomet, tùy thuộc vào loại súng điện tử, điện áp gia tốc và cấu hình thấu kính.

Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quét SEM

Vị trí của chùm tia điện tử trên mẫu được điều khiển bởi cuộn quét nằm phía trên vật kính. Những cuộn dây này cho phép quét chùm tia trên bề mặt mẫu trong mặt phẳng XY. Chùm tia quét chiếu vào mẫu, tạo ra nhiều tín hiệu khác nhau bao gồm các electron thứ cấp, electron tán xạ ngược và tia X đặc trưng. Những tín hiệu này sau đó được phát hiện bởi các máy dò thích hợp và sử dụng để xác định các thông tin khác nhau về bề mặt mẫu vật.

Trong trường hợp SEM, các electron thứ cấp và electron tán xạ ngược chủ yếu được sử dụng để tạo ra hình ảnh của mẫu vật. Các electron thứ cấp chủ yếu tạo ra thông tin về hình thái và địa hình trong khi các electron tán xạ ngược được sử dụng để xác định độ tương phản trong thành phần của các mẫu nhiều pha.

Xem thêm: Kính hiển vi điện tử SEM và TEM: So sánh và đánh giá

Cấu tạo kính hiển vi điện tử quét SEM

SEM là một cấu trúc rất phức tạp với nhiều thành phần khác nhau hoạt động bên trong để phân tích dữ liệu bề mặt mẫu vật. Các thành phần thiết yếu trong SEM bao gồm:

Cấu tạo kính hiển vi điện tử quét SEM

  • Súng điện tử: Súng điện tử được sử dụng để tạo ra chùm tia điện tử chủ yếu sử dụng sự phát nhiệt nhiệt từ nguồn cực âm (dây tóc vonfram). Dây tóc được nung nóng đến nhiệt độ rất cao (2800K) và nhiệt điện phát ra được tập trung thông qua một tấm kim loại hoạt động giống như cực dương. Điều này được thực hiện để tập trung dòng điện của chùm tia điện tử vào điểm mong muốn.
  • Thấu kính hội tụ và vật kính: Những thấu kính này được sử dụng để cho phép điều chỉnh đường kính của chùm tia điện tử. Thấu kính hội tụ giúp tăng cường chùm tia điện tử và điều chỉnh đường kính của chùm tia điện tử khi đi qua thấu kính này. Một vật kính được sử dụng để tập trung chùm tia điện tử vào bề mặt mẫu vật và nó xác định đường kính cuối cùng của chùm tia điện tử.
  • Bệ đỡ mẫu: Đóng vai trò là bệ đỡ của mẫu, hỗ trợ mẫu ổn định bằng cách di chuyển trơn tru theo các hướng dọc, ngang và xoay.
  • Máy dò điện tử thứ cấp: Nó được sử dụng để phát hiện các electron thứ cấp phát ra từ mẫu vật và nó được đặt phía trên thấu kính vật kính. Từ trường được sử dụng để phát hiện các electron thứ cấp.
  • Thiết bị hiển thị và ghi hình ảnh: Tín hiệu đầu ra thu được từ máy dò điện tử thứ cấp được khuếch đại và gửi đến thiết bị hiển thị. Ban đầu, ống tia âm cực được sử dụng cho các thiết bị hiển thị tuy nhiên hiện nay màn hình tinh thể lỏng đang được sử dụng. Việc ghi lại những hình ảnh này thu được ở định dạng kỹ thuật số.
  • Hệ thống chân không: Hệ thống quang học điện tử và buồng mẫu phải ở trong điều kiện chân không và do đó các bộ phận được sơ tán bằng bơm khuếch tán. Trong trường hợp môi trường không có dầu, bơm phân tử turbo được sử dụng.

Xem thêm: Nên sử dụng kính hiển vi quang học hay kính hiển vi điện tử

Ứng dụng của kính hiển vi điện tử SEM

Kính hiển vi điện tử quét SEM được sử dụng thường xuyên trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm điện tử, hóa chất, sản xuất phụ gia, pháp y, pin, phân tích lỗi, chất bán dẫn. Bên cạnh đó, SEM được sử dụng trong khoa học y tế để so sánh các mẫu máu và mô nhằm xác định nguyên nhân gây bệnh và đo lường hiệu quả của các phương pháp điều trị đối với bệnh nhân.

Ứng dụng của kính hiển vi điện tử SEM

Đặc biệt, kính hiển vi SEM đóng một vai trò then chốt trong các ứng dụng dược phẩm đó là hỗ trợ mô tả đặc tính nhanh chóng và hiệu quả của các phương pháp điều trị bằng thuốc mới. Đồng thời, thiết bị này cũng cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự tương tác của chúng với tế bào người và ứng dụng của sản phẩm trong các liệu pháp phức tạp.

Đối với nghiên cứu khoa học vật liệu, các nghiên cứu về ống nano và sợi nano, chất siêu dẫn nhiệt độ cao, cấu trúc xốp và độ bền hợp kim phụ thuộc rất nhiều vào SEM để nghiên cứu và điều tra. Không chỉ vậy, trong các cuộc điều tra hình sự và pháp y cũng sử dụng SEM để khám phá bằng chứng và thu thập thêm thông tin chi tiết. Thiết bị còn ứng dụng phổ biến để nghiên cứu về thực vật học, sinh học biển, y tế và dược phẩm, kiểm soát chất lượng và kiểm tra sản phẩm,…

Trên đây là những chia sẻ của Thongtinkythuat.com tới bạn đọc về kính hiển vi điện tử quét là gì? Nguyên lý, cấu tạo, ứng dụng của SEM. Hy vọng bài viết sẽ mang lại nhiều thông tin hữu ích tới bạn đọc. Mọi thông tin liên hệ hotline hỗ trợ 24/7 tại Hà Nội: 0904.810.817 và Hồ Chí Minh: 0979.244.335 hoặc truy cập vào web Maydochuyendung.com hoặc Thbvietnam.com để tham khảo thêm các sản phẩm khác.