میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM

میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM یکی از مهم ترین تجهیزات آنالیز دستگاهی برای مطالعه ریزساختار مواد در مقیاس نانومتری و اتمی به شمار می رود. این فناوری پیشرفته در آزمایشگاه های تحقیقاتی، دانشگاه ها، مراکز فناوری نانو، صنایع نیمه هادی، متالورژی، پلیمر، سرامیک، زیست فناوری، داروسازی و مراکز توسعه مواد پیشرفته کاربرد گسترده ای دارد. خرید میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM زمانی اهمیت بیشتری پیدا می کند که پژوهشگران نیاز به بررسی دقیق ساختار داخلی مواد، نقائص بلوری، آرایش اتمی، مورفولوژی، اندازه ذرات، مرزدانه ها و ساختار کریستالی داشته باشند. امروزه بسیاری از پروژه های تحقیق و توسعه در حوزه نانوفناوری، مهندسی مواد و علوم زیستی بدون استفاده از میکروسکوپ TEM امکان دستیابی به نتایج دقیق را نخواهند داشت و به همین دلیل این دستگاه یکی از ارزشمندترین تجهیزات آزمایشگاهی High-Tech در دنیا محسوب می شود.

میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM چگونه ریزساختار مواد را آشکار می کند؟

میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM ابزاری ویژه جهت تعیین ساختار و مورفولوژی مواد محسوب می شود. محصولات میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM مطالعات ریزساختاری را با قدرت تفکیک بالا و بزرگنمایی خیلی زیاد نظیر مطالعات ساختارهای بلور، تقارن، جهت‌گیری و نقائص بلوری را امکان پذیر می سازد.

اساس عملکرد میکروسکوپ TEM بر عبور باریکه الکترونی از نمونه های بسیار نازک است. الکترون هایی که از داخل نمونه عبور می کنند با توجه به ساختار داخلی ماده، مسیرهای متفاوتی را طی کرده و در نهایت تصویری با وضوح بسیار بالا ایجاد می کنند. این فناوری امکان مشاهده آرایش اتم ها، صفحات بلوری، مرزدانه ها، نابجایی ها، نانوذرات، رسوبات و بسیاری از ویژگی های ساختاری را فراهم می سازد و به همین دلیل یکی از مهم ترین روش های آنالیز ریزساختار در علوم مواد محسوب می شود.

• قدرت تفکیک فوق العاده
  امکان مشاهده ساختارهای بسیار ریز در مقیاس نانومتر و حتی نزدیک به ابعاد اتمی را فراهم می کند.
• مطالعه ساختار بلوری
  بررسی آرایش اتم ها، صفحات بلوری و تقارن کریستالی با دقت بسیار بالا انجام می شود.
• آنالیز مورفولوژی
  شکل، اندازه و نحوه توزیع ذرات و نانوساختارها به صورت دقیق قابل بررسی است.
• تحلیل نقائص بلوری
  شناخت نابجایی ها، مرزدانه ها، ترک های ریز و سایر عیوب ساختاری امکان پذیر خواهد بود.
• کاربرد در فناوری نانو
  یکی از دقیق ترین تجهیزات برای مطالعه نانوذرات، نانولوله ها، گرافن و سایر نانوساختارها به شمار می رود.

تفنگ الکترونی میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM و نقش آن در کیفیت تصویر

تفنگ الکترونی میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM

تفنگ الکترونی میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM ، باریکه ‌ای از الکترون ‌های پرقدرت را ایجاد می‌کند که قادرند از داخل نمونه های نازک در TEM عبور کنند. تفنگ الکترونی میکروسکپ الکترونی عبوری TEM شامل یک منبع الکترونی (معروف به کاتد) و یک سیستم شتاب ‌دهنده، تامین کننده ولتاژ پایدار، است. تفنگ الکترونی در بخش فوقانی میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM قرار می گیرد. رایج ‌ترین تفنگ الکترونی مورد استفاده در TEM از نوع حرارتی (thermoionic) می ‌باشد که می ‌تواند الکترون ‌ها را در محدوده اختلاف پتانسیل 200-40 کیلوولت شتاب دهد. علاوه براین، امروزه تفنگ ‌های انتشار میدانی (field emission) ساخته شده ‌اند که می ‌توانند پرتوهای الکترونی بسیار ظریفی تولید کند (در حد 1 نانومتر بر نمونه) و اینگونه تفنگ ‌ها کاربرد فزاینده‌ای پیدا کرده است.

کیفیت منبع تولید الکترون تاثیر مستقیمی بر وضوح تصاویر، پایداری باریکه الکترونی، قدرت تفکیک و کیفیت آنالیز خواهد داشت. امروزه در بسیاری از میکروسکوپ های الکترونی عبوری پیشرفته از تفنگ های Field Emission استفاده می شود که علاوه بر افزایش روشنایی باریکه الکترونی، امکان تصویربرداری با رزولوشن بسیار بالا و انجام مطالعات پیشرفته در حوزه نانوفناوری و علوم مواد را فراهم می کنند. 

مقایسه انواع منابع تولید الکترون در میکروسکوپ TEM

انتخاب نوع تفنگ الکترونی یکی از مهم ترین عوامل موثر بر عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM است. جدول زیر مهم ترین تفاوت های این منابع را نشان می دهد.

انتخاب نوع تفنگ الکترونی با توجه به نوع نمونه، دقت مورد نیاز، حجم پروژه های تحقیقاتی و قابلیت های مورد انتظار از میکروسکوپ TEM انجام می شود. مراکز تحقیقاتی فعال در حوزه فناوری نانو، نیمه هادی ها، مواد پیشرفته و علوم زیستی معمولا از سیستم های مجهز به Field Emission بهره می گیرند تا بیشترین کیفیت تصویربرداری و دقیق ترین نتایج تحلیلی را به دست آورند.

دوربین میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM و فناوری های نوین ثبت تصاویر

دوربین میکروسکپ الکترونی عبوری TEM

دوربین در میکروسکوپ الکترونی TEM برگه ‌ای ظریف در واقع همان فیلم عکاسی است در زیر صفحه نمایش قرار داده می ‌شود و از طریق شاتر تحت تاثیر پرتو قرار می‌ گیرد. در میکروسکوپ الکترونی TEM فضای کافی و وسیعی در بخش زیرین صفحه نمایش وجود دارد، لذا می ‌توان سیستم تصویربرداری گوناگونی را در آن جای داد. بدلیل در دسترس بودن و نیز پیچیده بودن تکنولوژی تصویربرداری دیجیتالی، امروز استفاده از دوربین‌های (CCD =charge-coupled device camera) از فراگیری بیشتری برخوردار است.

در نسل جدید میکروسکوپ های الکترونی عبوری TEM، دوربین های دیجیتال با حساسیت بسیار بالا، جایگزین سیستم های قدیمی تصویربرداری شده اند. امروزه علاوه بر دوربین های CCD، آشکارسازهای Direct Electron Detector نیز در بسیاری از تجهیزات پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرند که سرعت ثبت تصاویر، نسبت سیگنال به نویز، کیفیت داده ها و دقت آنالیز را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. این فناوری ها امکان تصویربرداری از ساختارهای بسیار کوچک، ثبت فرآیندهای دینامیکی و انجام تحقیقات پیشرفته در حوزه نانوفناوری، علوم زیستی و مواد پیشرفته را فراهم کرده اند.

• ثبت تصاویر با رزولوشن بسیار بالا
  امکان مشاهده ساختارهای نانومتری و آرایش بلوری مواد با کیفیت فوق العاده را فراهم می کند.
• سرعت بالای تصویربرداری
  ثبت سریع داده ها موجب افزایش بهره وری آزمایشگاه و کاهش زمان انجام آزمون ها می شود.
• پردازش دیجیتال تصاویر
  نرم افزارهای تخصصی اندازه گیری، تحلیل و مستندسازی نتایج را با دقت بالا انجام می دهند.
• کاهش نویز تصویر
  آشکارسازهای جدید کیفیت تصاویر را افزایش داده و اطلاعات دقیق تری از نمونه ارائه می دهند.
• مدیریت اطلاعات آزمایشگاهی
  ذخیره سازی، مقایسه و تحلیل تصاویر در پروژه های تحقیقاتی به شکل هوشمند انجام می شود. 

مقایسه فناوری های تصویربرداری در میکروسکوپ TEM

سیستم تصویربرداری یکی از مهم ترین بخش های میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM محسوب می شود. جدول زیر مقایسه ای از فناوری های رایج ثبت تصاویر ارائه می دهد.

پمپ خلاء میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM و اهمیت ایجاد خلاء پایدار

پمپ خلاء میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM

سه نوع پمپی که جهت ایجاد خلا در میکروسکپ الکترونی عبوری TEM بیشتر مورد استفاده قرار می‌ گیرند عبارتند از:

• پمپ دورانی یا چرخشی (Rotary pump)
  پمپ مکانیکی ساده‌ای که گازها را خارج و فشار را تا حدود 1-10 تا 3-10 میلی بار تقلیل می‌دهد.
• پمپ پخشی (Diffusion pump)
  که فشار را به 4-10 تا 7-10 میلی بار می‌تواند تقلیل دهد.
• پمپ یونی کندوپاش (Sputter ion pump)
  که با جذب گازهای یونیزه شده به طرف الکترود عمل نموده و فشار را به کمتر از 7-10 میلی بار می‌تواند تقلیل دهد.

وجود خلاء پایدار در ستون الکترونی، یکی از مهم ترین عوامل دستیابی به تصاویر دقیق و افزایش طول عمر منبع تولید الکترون است. هرگونه نوسان در فشار محفظه می تواند باعث کاهش کیفیت باریکه الکترونی، افزایش نویز تصویر و کاهش دقت آنالیز شود. به همین دلیل در میکروسکوپ های TEM پیشرفته، سیستم های خلاء چندمرحله ای همراه با تجهیزات پایش هوشمند فشار مورد استفاده قرار می گیرند تا شرایط ایده آل برای تصویربرداری و آنالیز مواد فراهم شود.

عوامل مؤثر در خرید میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM و تعیین قیمت آن

قیمت میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM به عوامل متعددی از جمله نوع تفنگ الکترونی، قدرت تفکیک، ولتاژ شتاب دهنده، کیفیت عدسی های الکترومغناطیسی، فناوری اصلاح ابیراهی، نوع دوربین، سیستم خلاء، قابلیت نصب تجهیزات STEM، EDS، EELS، Cryo TEM و نرم افزارهای پردازش تصویر وابسته است. همچنین برند سازنده، امکانات توسعه دستگاه، خدمات پس از فروش، آموزش کاربران، تامین قطعات یدکی و قابلیت ارتقای نرم افزاری نیز از مهم ترین عوامل موثر بر قیمت و استعلام قیمت این تجهیزات محسوب می شوند.

برندهای JEOL، Thermo Fisher Scientific، Hitachi High-Tech و TESCAN از شناخته شده ترین تولیدکنندگان میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM در جهان هستند که محصولات آن ها در بسیاری از دانشگاه ها، مراکز فناوری نانو، پژوهشگاه ها و صنایع پیشرفته ایران مورد استفاده قرار می گیرد. هر یک از این برندها ویژگی های اختصاصی خود را در زمینه کیفیت تصویربرداری، رزولوشن، تجهیزات جانبی، نرم افزارهای تحلیلی و قابلیت توسعه سیستم ارائه می کنند. انتخاب مناسب ترین میکروسکوپ TEM باید بر اساس نوع نمونه، اهداف پژوهشی، نیازهای آزمایشگاه، امکانات توسعه آینده و سطح خدمات فنی انجام شود تا بیشترین بازده در پروژه های تحقیقاتی و صنعتی حاصل گردد.

فروش محصولات میکروسکوپ الکترونی TEM برترین برندهای دنیا توسط شرکت پرتوشار انجام می شود.

عدسی های میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM و تاثیر آن ها بر کیفیت بزرگنمایی

عدسی های میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM

هر کدام از عدسی ‌های موجود در میکروسکوپ الکترونی TEM دارای نام خاصی می‌باشد. عدسی‌ هایی که بین منبع الکترونی و نمونه قرار می‌گیرند، عدسی متمرکز کننده نامیده می‌شود که برای کانونی نمودن پرتوهای الکترونی استفاده می ‌شود، به گونه ‌ای که وقتی این پرتوها به نمونه می‌ رسند به صورت پرتوی ظریف و پرقدرت ظاهر شوند. برای محدود نمودن پرتوهایی که برخورد می ‌نمایند، از یک یا چند متمرکز کننده استفاده می‌شود. روزنه (Aperture) شیئی نیز در صفحه کانونی پشتی عدسی ‌های شیئی قرار داده می ‌شود تا پرتوهایی که با زاویه باز پراکنش می ‌یابند را محدود نمایند. عدسی‌ های شیئی از حساس‌ترین بخش‌های میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM محسوب می‌ شوند که نمونه بین آن‌ ها قرار می‌ گیرد. بزرگنمایی اولیه، کانونی نمودن تصویر و ایجاد الگوهای پراش توسط همین عدسی ‌ها انجام می ‌گیرد.

در محصولات میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM ، عدسی ‌های اضافی دیگری نیز وجود دارد که بین نمونه و تصویر قرار می‌ گیرند. اولین آن ها، عدسی پراش می ‌باشد که برای ایجاد الگوی پراش مورد استفاده قرار می گیرد. هر عدسی نیز تصویر حاصل از عدسی‌ های قبلی را بزرگ تر می‌ نماید. عدسی‌ هایی که بعد از عدسی ‌های پراش قرار دارند، عدسی ‌های میانی نامیده شده و آخرین عدسی، عدسی پروژکتوری می ‌باشد. جریانی که از هر عدسی عبور می ‌نماید، فاصله کانونی و در نتیجه بزرگنمایی را کنترل می کند. تصویر نمونه توسط هر عدسی به طور متوالی بزرگ شده تا اینکه در نهایت تصویری با بزرگنمایی مطلوب ایجاد شود.

سیستم عدسی های الکترومغناطیسی مهم ترین بخش اپتیکی میکروسکوپ TEM محسوب می شود و کیفیت طراحی آن مستقیما بر رزولوشن، کنتراست، بزرگنمایی، تشکیل الگوی پراش و دقت آنالیز تاثیر می گذارد. در نسل جدید میکروسکوپ های الکترونی عبوری، استفاده از فناوری اصلاح کننده ابیراهی یا Aberration Corrector موجب شده است تصاویر با وضوح بسیار بالاتر و نزدیک به مقیاس اتمی ثبت شوند. این فناوری نقش مهمی در تحقیقات نانوفناوری، مهندسی مواد، کریستالوگرافی و مطالعات ساختارهای پیچیده ایفا می کند.

• عدسی متمرکز کننده
  باریکه الکترونی را پیش از برخورد با نمونه متمرکز کرده و کیفیت تابش را افزایش می دهد.
• عدسی شیئی
  اصلی ترین بخش تشکیل تصویر و الگوی پراش بوده و بیشترین تاثیر را بر کیفیت تصویربرداری دارد.
• عدسی پراش
  امکان تشکیل الگوهای پراش الکترونی برای مطالعه ساختارهای بلوری را فراهم می کند.
• عدسی میانی
  تصویر ایجاد شده را متناسب با نوع آنالیز برای مراحل بعدی آماده می سازد.
• عدسی پروژکتوری
  تصویر نهایی را با بزرگنمایی مورد نیاز روی سیستم تصویربرداری منتقل می کند. 

مقایسه عملکرد بخش های مختلف سیستم عدسی در میکروسکوپ TEM

هر بخش از مجموعه عدسی های الکترومغناطیسی وظیفه مشخصی در تشکیل تصویر نهایی بر عهده دارد. جدول زیر مهم ترین عملکرد هر بخش را نشان می دهد.

سیستم تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM و نقش آن در آنالیز ریزساختار

سیستم تصویری میکروسکوپ الکترونی TEM

سیستم تصویری در میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM شامل Projector system-images و Projector system-diffraction patterns می باشد.

سیستم تصویربرداری در میکروسکوپ TEM علاوه بر ثبت تصاویر با وضوح بسیار بالا، امکان مشاهده الگوهای پراش الکترونی، بررسی ساختار کریستالی، تحلیل نانوذرات، مطالعه مرزدانه ها و ارزیابی نقائص بلوری را فراهم می کند. پژوهشگران با تغییر حالت تصویربرداری میان Image Mode و Diffraction Mode می توانند اطلاعات کاملی از مورفولوژی و ساختار داخلی نمونه استخراج کنند و همین ویژگی، میکروسکوپ TEM را به یکی از ارزشمندترین تجهیزات آنالیز مواد در دنیا تبدیل کرده است.

برندهای معتبر میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM و جایگاه آن ها در بازار ایران

بازار جهانی میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM در اختیار شرکت های محدودی قرار دارد که هر یک فناوری های اختصاصی خود را در زمینه تولید ستون الکترونی، سیستم اپتیکی، آشکارسازها و نرم افزارهای پردازش تصویر توسعه داده اند. برندهای JEOL، Thermo Fisher Scientific، Hitachi High-Tech و TESCAN از شناخته شده ترین تولیدکنندگان این تجهیزات در جهان هستند. محصولات این شرکت ها به دلیل رزولوشن بسیار بالا، پایداری عملکرد، امکانات توسعه، قابلیت نصب آشکارسازهای STEM، EDS و EELS و کیفیت نرم افزاری، در معتبرترین مراکز تحقیقاتی دنیا مورد استفاده قرار می گیرند.

در ایران نیز برندهای JEOL و Thermo Fisher Scientific بیشترین سهم را در دانشگاه ها، مراکز فناوری نانو، پژوهشگاه ها، صنایع پیشرفته و آزمایشگاه های علوم مواد دارند. Hitachi High-Tech و TESCAN نیز در برخی مراکز تحقیقاتی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. تفاوت اصلی این برندها در قدرت تفکیک، کیفیت ستون الکترونی، امکانات تصویربرداری، سرعت پردازش داده ها، قابلیت ارتقای تجهیزات و سطح خدمات فنی آن ها است و انتخاب هر یک باید متناسب با نوع پروژه های پژوهشی و نیازهای تخصصی آزمایشگاه انجام شود.