Como funciona um microscópio eletrônico? Qual é a sua diferença de um microscópio óptico, existe alguma analogia entre eles?
O funcionamento de um microscópio eletrônico é baseado na propriedade de campos elétricos e magnéticos não homogêneos, que possuem simetria rotacional, exercerem um efeito de focalização nos feixes de elétrons. Assim, o papel das lentes em um microscópio eletrônico é desempenhado por um conjunto de campos elétricos e magnéticos adequadamente calculados; os dispositivos correspondentes que criam esses campos são chamados de "lentes eletrônicas".
Dependendo do tipo de lentes eletrônicas Os microscópios eletrônicos são divididos em magnéticos, eletrostáticos e combinados.
Que tipo de objetos podem ser examinados com um microscópio eletrônico?
Assim como no caso de um microscópio óptico, os objetos, em primeiro lugar, podem ser "autoluminosos", ou seja, servir como fonte de elétrons. Este é, por exemplo, um cátodo incandescente ou um cátodo fotoelétron iluminado. Em segundo lugar, objetos que são "transparentes" para elétrons com uma certa velocidade podem ser usados. Em outras palavras, ao operar em transmissão, os objetos devem ser finos o suficiente e os elétrons rápidos o suficiente para passar pelos objetos e entrar no sistema de lentes eletrônicas. Além disso, usando feixes de elétrons refletidos, as superfícies de objetos massivos (principalmente metais e amostras metalizadas) podem ser estudadas. Este método de observação é semelhante aos métodos de microscopia óptica reflexiva.
Pela natureza do estudo dos objetos, os microscópios eletrônicos são divididos em transmissão, reflexão, emissão, raster, sombra e espelho.
Os mais comuns atualmente são os microscópios eletromagnéticos do tipo de transmissão, nos quais a imagem é criada por elétrons que passam pelo objeto de observação. Consiste nos seguintes componentes principais: um sistema de iluminação, uma câmera de objetos, um sistema de focagem e uma unidade de registro de imagem final composta por uma câmera e uma tela fluorescente. Todos esses nós estão conectados entre si, formando a chamada coluna do microscópio, dentro da qual a pressão é mantida. O sistema de iluminação geralmente consiste em um canhão de elétrons de três eletrodos (cátodo, eletrodo de focagem, ânodo) e uma lente condensadora (estamos falando de lentes eletrônicas). Ele forma um feixe de elétrons rápidos da seção transversal e intensidade desejadas e o direciona para o objeto em estudo localizado na câmara do objeto. O feixe de elétrons que passa pelo objeto entra no sistema de focagem (projeção), que consiste em uma lente objetiva e uma ou mais lentes de projeção.
Microscópio eletrônico Um microscópio eletrônico é um dispositivo que permite obter uma imagem de objetos com uma ampliação máxima de até 10 6 vezes, graças ao uso de um feixe de elétrons em vez de um fluxo de luz. A resolução de um microscópio eletrônico é 1000÷10000 vezes maior que a resolução de um microscópio de luz e para os melhores instrumentos modernos pode ser de vários angstroms (10 -7 m).
O aparecimento do microscópio eletrônico tornou-se possível após uma série de descobertas físicas no final do século XIX e início do século XX. Esta é a descoberta do elétron em 1897 (J. Thomson) e a descoberta experimental em 1926 das propriedades ondulatórias do elétron (K. Davisson, L. Germer), confirmando a hipótese apresentada em 1924 por de Broglie sobre a corpuscular dualismo de ondas de todos os tipos de matéria. Em 1926, o físico alemão X. Bush criou uma lente magnética que permite focalizar feixes de elétrons, que serviu de pré-requisito para a criação do primeiro microscópio eletrônico na década de 1930. Em 1931, R. Rudenberg recebeu uma patente para um microscópio eletrônico de transmissão e, em 1932, M. Knoll e E. Ruska construíram o primeiro protótipo de um dispositivo moderno. Este trabalho de E. Ruska em 1986 foi premiado com o Prêmio Nobel de Física, que foi concedido a ele e aos inventores do microscópio de sonda de varredura, Gerd Karl Binnig e Heinrich Rohrer. Em 1938, Ruska e B. von Borris construíram um protótipo de um microscópio eletrônico de transmissão industrial para a empresa Siemens-Halske na Alemanha; este instrumento acabou por permitir alcançar uma resolução de 100 nm. Alguns anos depois, A. Prebus e J. Hiller construíram o primeiro OPEM de alta resolução na Universidade de Toronto (Canadá). No final da década de 1930 e início da década de 1940, surgiram os primeiros microscópios eletrônicos de varredura (SEMs), que formavam uma imagem de um objeto movendo sequencialmente uma sonda eletrônica de pequena seção sobre o objeto. Aplicação em massa desses dispositivos na pesquisa científica começou na década de 1960, quando atingiram uma perfeição técnica significativa. O SEM em sua forma atual foi inventado em 1952 por Charles Otley. É verdade que versões preliminares de tal dispositivo foram construídas por Knoll na Alemanha na década de 1930 e por Zworykin com funcionários da corporação RCA na década de 1930, mas apenas o dispositivo Otley poderia servir de base para uma série de melhorias técnicas que culminaram na introdução de uma versão industrial do SEM em meados da década de 1960. x anos.
Existem dois tipos principais de microscópios eletrônicos. microscópio eletrônico de transmissãoNa década de 1930, o microscópio eletrônico de transmissão convencional (OPEM) foi inventado, o microscópio eletrônico de varredura (varredura) na década de 1950 foi o microscópio eletrônico de varredura (varredura) (SEM)
Microscópio eletrônico de transmissão de um objeto ultrafino Um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) é um aparelho no qual uma imagem de um objeto ultrafino (espessura da ordem de 0,1 μm) é formada como resultado da interação de um feixe de elétrons com uma substância da amostra , seguido de ampliação com lentes magnéticas (objetiva) e registro em tela fluorescente. Um microscópio eletrônico de transmissão é semelhante em muitos aspectos a um microscópio óptico, exceto que usa um feixe de elétrons em vez de luz para iluminar as amostras. Ele contém um projetor eletrônico, uma série de lentes condensadoras, uma lente objetiva e um sistema de projeção que combina com a ocular, mas projeta a imagem real em uma tela fluorescente ou chapa fotográfica. A fonte de elétrons é geralmente um cátodo aquecido feito de hexaboreto de tungstênio ou lantânio. O cátodo é eletricamente isolado do resto do dispositivo e os elétrons são acelerados por um forte campo elétrico. Para criar tal campo, o cátodo é mantido em um potencial da ordem de V em relação a outros eletrodos, que focam elétrons em um feixe estreito. Esta parte do dispositivo é chamada de projetor eletrônico. um bilionésimo de uma atmosfera.Como os elétrons são fortemente dispersos pela matéria, deve haver um vácuo na coluna do microscópio onde os elétrons se movem. Mantém uma pressão não superior a um bilionésimo da pressão atmosférica.
O campo magnético criado pelas espiras de uma bobina que transporta uma corrente atua como uma lente convergente cuja distância focal pode ser alterada alterando a corrente. As bobinas de fio que conduzem a corrente focalizam o feixe de elétrons da mesma forma que uma lente de vidro focaliza um feixe de luz. Uma imagem eletrônica é formada por Campos magnéticos aproximadamente o mesmo que a luz - lentes ópticas. O princípio de operação de uma lente magnética é ilustrado pelo diagrama a seguir.
MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE TRANSMISSÃO CONVENCIONAL (OPEM). 1 – fonte de elétrons; 2 - sistema de aceleração; 3 - diafragma; 4 - lente condensadora; 5 - amostra; 6 - lente objetiva; 7 - diafragma; 8 - lente de projeção; 9 - tela ou filme; 10 - imagem ampliada. Os elétrons são acelerados e então focalizados por lentes magnéticas. A imagem ampliada criada pelos elétrons que passam pelo diafragma da lente é convertida em uma tela fluorescente visível ou gravada em uma chapa fotográfica. Uma série de lentes condensadoras (apenas a última mostrada) focaliza o feixe de elétrons na amostra. Normalmente, o primeiro deles cria uma imagem não ampliada da fonte de elétrons, enquanto o último controla o tamanho da área iluminada na amostra. A abertura da última lente condensadora determina a largura do feixe no plano do objeto. Amostra A amostra é colocada no campo magnético de uma lente objetiva de alta potência, a lente mais importante do TEM, que determina a resolução máxima possível do instrumento. As aberrações de uma lente objetiva são limitadas por sua abertura, assim como em uma câmera ou microscópio óptico. Uma lente de objeto fornece uma imagem ampliada do objeto (geralmente com uma ampliação da ordem de 100); a ampliação adicional introduzida pelas lentes intermediárias e de projeção varia de um pouco menos de 10 a um pouco mais. Assim, a ampliação que pode ser obtida em OPEMs modernos é de menos de 1000 a ~ (com uma ampliação de um milhão de vezes, um toranja cresce até o tamanho da Terra). O objeto em estudo geralmente é colocado em uma malha muito fina colocada em um suporte especial. O suporte pode ser movido mecanicamente ou eletricamente suavemente para cima e para baixo e para a direita e para a esquerda.
A imagem eletrônica ampliada final torna-se visível por meio de uma tela fluorescente que brilha sob a influência do bombardeio de elétrons. Esta imagem, geralmente de baixo contraste, geralmente é visualizada através de um microscópio de luz binocular. Com o mesmo brilho, esse microscópio com ampliação de 10 pode criar uma imagem na retina 10 vezes maior do que quando observada a olho nu. Às vezes, uma tela de fósforo com um tubo intensificador de imagem é usada para aumentar o brilho de uma imagem fraca. Neste caso, a imagem final pode ser exibida em uma tela de televisão convencional. Uma chapa fotográfica geralmente permite obter uma imagem mais nítida do que a observada a olho nu ou gravada em fita de vídeo, já que os materiais fotográficos, em geral, registram os elétrons de forma mais eficiente. Permissão. Permissão. Os feixes de elétrons têm propriedades semelhantes às dos feixes de luz. Em particular, cada elétron é caracterizado por um certo comprimento de onda. A resolução do EM é determinada pelo comprimento de onda efetivo dos elétrons. O comprimento de onda depende da velocidade dos elétrons e, conseqüentemente, da tensão de aceleração; quanto maior a tensão de aceleração, mais velocidade elétrons e quanto menor o comprimento de onda, o que significa que maior a resolução. Uma vantagem tão significativa sobre o EM na resolução se deve ao fato de que o comprimento de onda dos elétrons é muito menor que o comprimento de onda da luz. Mas como as lentes eletrônicas não focam tão bem quanto as ópticas (a abertura numérica de uma boa lente eletrônica é de apenas 0,09, enquanto para uma boa lente óptica esse valor chega a 0,95), a resolução do EM é de 50 a 100 comprimentos de onda de elétrons. Mesmo com lentes tão fracas em um microscópio eletrônico, um limite de resolução de ~0,17 nm pode ser obtido, o que torna possível distinguir átomos individuais em cristais. Para obter uma resolução desta ordem, é necessária uma afinação muito cuidadosa do instrumento; em particular, são necessárias fontes de energia altamente estáveis, e o próprio dispositivo (que pode ter ~2,5 m de altura e ter uma massa de várias toneladas) e seus equipamento opcional requerem montagem sem vibração. No OPEM, você pode obter um aumento de até 1 milhão. O limite de resolução espacial (x, y) é ~0,17 nm.
Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) é um dispositivo baseado no princípio da interação de um feixe de elétrons com uma substância, projetado para obter uma imagem da superfície de um objeto com alta resolução espacial (vários nanômetros), bem como a composição, estrutura e algumas outras propriedades das camadas próximas à superfície. A resolução espacial de um microscópio eletrônico de varredura depende do tamanho transversal do feixe de elétrons, que, por sua vez, depende do sistema óptico-elétron que focaliza o feixe. Atualmente, os modelos modernos de SEM são produzidos por várias empresas no mundo, entre as quais: Carl Zeiss NTS GmbH Alemanha FEI Company USA (fundida com Philips Electron Optics) FOCUS GmbH Alemanha Hitachi Japão JEOL Japan (Japan Electron Optics Laboratory) Tescan Czech República
1 – fonte de elétrons; 2 - sistema de aceleração; 3 – lente magnética; 4 - bobinas defletoras; 5 - amostra; 6 – detector de elétrons refletidos; 7 – detector de anéis; 8 – analisador O MEV utiliza lentes eletrônicas para focar o feixe de elétrons (sonda de elétrons) em um ponto muito pequeno. É possível ajustar o SEM para que o diâmetro do ponto nele não exceda 0,2 nm, mas, como regra, é de alguns ou dezenas de nanômetros. Esse ponto percorre continuamente alguma parte da amostra, semelhante a um feixe que percorre a tela de um tubo de televisão. O sinal elétrico que ocorre quando um objeto é bombardeado com feixes de elétrons é usado para formar uma imagem na tela de um cinescópio de televisão ou tubo de raios catódicos (CRT), cuja varredura é sincronizada com o sistema de deflexão do feixe de elétrons (Fig.) . Aumentar em este casoé entendido como a razão entre o tamanho da imagem na tela e o tamanho da área que o feixe percorre sobre a amostra. Essa ampliação é de 10 a 10 milhões de colunas eletrônicas.Lentes eletrônicas (geralmente lentes magnéticas esféricas) e bobinas de deflexão formam um sistema chamado coluna eletrônica. No entanto, o método SEM é caracterizado por uma série de limitações e desvantagens, que são especialmente pronunciadas nas faixas de medição submicrônicas e nanométricas: resolução espacial insuficientemente alta; a complexidade de obter imagens tridimensionais da superfície, principalmente devido ao fato de que a altura do relevo no MEV é determinada pela eficiência do espalhamento elástico e inelástico de elétrons e depende da profundidade de penetração dos elétrons primários na superfície camada; a necessidade de aplicar uma camada adicional de coleta de corrente em superfícies pouco condutoras para evitar os efeitos associados ao acúmulo de carga; realizar medições apenas em condições de vácuo; a possibilidade de danos à superfície em estudo por um feixe de elétrons focalizado de alta energia.
Por causa do feixe de elétrons muito estreito, os SEMs têm grande profundidade nitidez (mm), que é duas ordens de grandeza superior à de um microscópio óptico e permite obter microfotografias nítidas com um efeito tridimensional característico para objetos com relevo complexo. Esta propriedade SEM é extremamente útil para entender a estrutura da superfície de uma amostra. Uma micrografia de pólen demonstra as possibilidades do SEM.
Microscópios de sonda de varredura Os microscópios de sonda de varredura (SPM) são uma classe de microscópios para medir as características de um objeto usando vários tipos de sondas. O processo de imagem é baseado na varredura da superfície com uma sonda. NO caso Geral Os SPMs permitem obter uma imagem tridimensional de uma superfície (topografia) com alta resolução. Os principais tipos de microscópios de sonda de varredura são: Microscópio de tunelamento de varredura Microscópio de tunelamento de varredura (STM, eng. STM microscópio de tunelamento de varredura) ou microscópio de tunelamento de varredura (RTM) - a corrente de tunelamento entre a sonda e a amostra é usada para obter uma imagem, o que permite obtenção de informações sobre topografia e amostra de propriedades elétricas. Microscópio de força atômica de varredura Microscópio de força atômica de varredura (AFM) - registra várias forças entre a sonda e a amostra. Permite obter a topografia da superfície e suas propriedades mecânicas. Microscópio óptico de varredura de campo próximo Microscópio óptico de varredura de campo próximo (SNOM) - o efeito de campo próximo é usado para obter uma imagem.
Uma característica distintiva do SPM é a presença de: uma sonda, um sistema para mover a sonda em relação à amostra ao longo das coordenadas 2ª (X-Y) ou 3ª (X-Y-Z), um sistema de gravação. A uma pequena distância entre a superfície e a amostra, a ação das forças de interação (repulsão, atração e outras forças) e a manifestação de vários efeitos (por exemplo, tunelamento de elétrons) podem ser fixadas usando meios modernos cadastro. Para uso de registro tipos diferentes sensores, cuja sensibilidade permite detectar pequenas perturbações. A operação de um microscópio de sonda de varredura é baseada na interação da superfície da amostra com uma sonda (cantilever - feixe inglês, agulha ou sonda óptica). Os cantilevers são divididos em duros e macios - ao longo do comprimento do feixe, e isso é caracterizado pela frequência ressonante das oscilações do cantilever. O processo de varredura da superfície com uma microssonda pode ocorrer tanto na atmosfera ou em um gás predeterminado, quanto no vácuo e até mesmo através de um filme líquido. Cantilever em um microscópio eletrônico de varredura (ampliação 1000X) coordenadas,
O sistema de registro fixa o valor da função que depende da distância sonda-amostra. Para obter uma imagem raster completa, vários dispositivos de varredura ao longo dos eixos X e Y são usados (por exemplo, piezotubos, scanners planos paralelos). O escaneamento de superfície pode ser feito de duas maneiras: escaneamento com cantilever e escaneamento com substrato. Se no primeiro caso o cantilever se move ao longo da superfície investigada, no segundo caso o próprio substrato se move em relação ao cantilever fixo. retorno Para manter o modo de varredura - o cantilever deve estar próximo à superfície - dependendo do modo, seja de força constante ou de altura constante, existe um sistema que poderia manter este modo durante o processo de varredura. Para isso em circuito eletronico O microscópio inclui um sistema de feedback especial, que está conectado ao sistema para desviar o cantilever de sua posição original. As principais dificuldades técnicas na criação de um microscópio de sonda de varredura: A extremidade da sonda deve ter dimensões comparáveis aos objetos em estudo. Garantindo estabilidade mecânica (incluindo térmica e de vibração) em um nível melhor que 0,1 angstrom. Os detectores devem registrar de forma confiável pequenas perturbações do parâmetro registrado. Criação de um sistema de varredura de precisão. Garantindo a aproximação suave da sonda à superfície.
Microscópio de tunelamento de varredura (STM, eng. STM microscópio de tunelamento de varredura) ou microscópio de tunelamento de varredura (RTM) O microscópio de tunelamento de varredura em sua forma moderna foi inventado (os princípios desta classe de dispositivos foram estabelecidos anteriormente por outros pesquisadores) por Gerd Karl Binnig e Heinrich Rohrer em 1981. Para esta invenção eles foram premiados premio Nobel em física para 1986, que foi dividido entre eles e o inventor do microscópio eletrônico de transmissão, E. Ruska. No STM, uma agulha de metal afiada é trazida para a amostra a uma distância de vários angstroms. Quando um pequeno potencial é aplicado à agulha em relação à amostra, surge uma corrente de tunelamento. A magnitude desta corrente depende exponencialmente da distância amostra-agulha. Os valores típicos de pA estão a distâncias de cerca de 1 A. Este microscópio usa uma ponta de metal de pequeno diâmetro como fonte de elétrons. Um campo elétrico é criado no espaço entre a ponta e a superfície da amostra. O número de elétrons retirados pelo campo da ponta por unidade de tempo (corrente de tunelamento) depende da distância entre a ponta e a superfície da amostra (na prática, essa distância é menor que 1 nm). À medida que a ponta se move ao longo da superfície, a corrente é modulada. Isso permite obter uma imagem associada ao relevo da superfície da amostra. Se a ponta termina com um único átomo, é possível formar uma imagem da superfície passando átomo por átomo.
O RTM só pode funcionar se a distância da ponta à superfície for constante e a ponta puder ser movida com precisão de dimensões atômicas. A alta resolução do STM ao longo da normal à superfície (~0,01 nm) e na direção horizontal (~0,1 nm), que é realizada tanto no vácuo quanto com meios dielétricos na abertura do túnel, abre amplas perspectivas para melhorar a precisão das medições dimensões lineares na faixa de nanômetros. Platina - close-up de microscópio de tunelamento com agulha de irídio.
Microscopia de força atômica de varredura Microscopia de força atômica de varredura (AFM) A microscopia de força atômica de superfície (AFM), proposta em 1986, é baseada no efeito da interação de forças entre corpos sólidos. Ao contrário do STM, o método AFM é adequado para medições em superfícies condutoras e não condutoras, não apenas no vácuo, mas também no ar e em meio líquido. O elemento mais importante AFM é uma microssonda (cantilever), na extremidade da qual existe uma ponta dielétrica com raio de curvatura R, à qual, usando um manipulador de três coordenadas, a superfície da amostra em estudo é levada a uma distância de d0. 1÷10 nm. A ponta do cantilever geralmente é fixada em uma mola feita na forma de um suporte com baixa rigidez mecânica. Como resultado da interação interatômica (intermolecular) entre a amostra e a ponta do cantilever, o braquete se desvia. A resolução AFM ao longo da normal à superfície é comparável à resolução STM correspondente, e a resolução na direção horizontal (resolução longitudinal) depende da distância d e do raio de curvatura da ponta R. O cálculo numérico mostra que em R= 0,5 nm e d = 0,4 nm a resolução longitudinal é ~1 nm. Ressalta-se que a sonda AFM é uma ponta de agulha, que permite obter informações sobre o perfil de um elemento de relevo de superfície com dimensões nanométricas, mas a altura (profundidade) de tal elemento não deve ultrapassar 100 nm, e os vizinhos elemento deve estar localizado a uma distância não inferior a 100 nm. Quando determinadas condições específicas do AFM são atendidas, é possível restaurar o perfil do elemento sem perda de informações. No entanto, essas condições são praticamente impossíveis de implementar no experimento.
Visualizar Resolução espacial (x,y) Resolução da coordenada Z Tamanho do campo Ampliação Microscopia óptica 200 nm-0,4 -0,2 mm x Microscopia confocal 200 nm 1 nm Interferometria de luz branca 200 nm 0,1 nm 0,05 a x Microscopia holográfica 200 nm 0,1 nm 0,05 a x Microscópio eletrônico de transmissão 0,2 nm- a Microscópio eletrônico de varredura (SEM) 0,4 nm 0,1 nm 0,1-500 µm em z - ~ 1-10 mm a x Microscópios de sonda de varredura 0,1 nm 0,05 nm ~ 150 x 150 µm em z - 
Para obter uma imagem em um microscópio eletrônico, são usadas lentes magnéticas especiais que controlam o movimento dos elétrons na coluna do instrumento usando um campo magnético.
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✪ O microscópio eletrônico mais poderoso do mundo.
✪ Mundos sob o microscópio
✪ Nanomundo. Microscópio de tunelamento de varredura.
✪ 89. Da história do grande descobertas científicas: Ernst Ruska e o microscópio eletrônico
Em 1931, R. Rudenberg recebeu uma patente para um microscópio eletrônico de transmissão, e em 1932 M. Knoll e E. Ruska construíram o primeiro protótipo de um instrumento moderno. Este trabalho de E. Ruska em 1986 foi premiado com o Prêmio Nobel de Física, que foi concedido a ele e aos inventores do microscópio de sonda de varredura Gerd Karl Binnig e Heinrich Rohrer. O uso do microscópio eletrônico de transmissão para pesquisas científicas começou no final da década de 1930 e, ao mesmo tempo, surgiu o primeiro instrumento comercial construído pela Siemens.
No final da década de 1930 - início da década de 1940, surgiram os primeiros microscópios eletrônicos de varredura, que formam uma imagem de um objeto movendo sequencialmente uma sonda eletrônica de uma pequena seção transversal sobre o objeto. O uso em massa desses dispositivos em pesquisas científicas começou na década de 1960, quando atingiram uma significativa perfeição técnica.
Um salto significativo (na década de 1970) no desenvolvimento foi o uso de cátodos Schottky e cátodos com emissão de campo frio em vez de cátodos termiônicos, mas seu uso requer um vácuo muito maior.
No final dos anos 1990 e início dos anos 2000, a informatização e o uso de detectores CCD tornaram a imagem digital muito mais fácil.
Na última década, os modernos microscópios eletrônicos de transmissão avançados usaram corretores para aberrações esféricas e cromáticas, que introduzem grandes distorções na imagem resultante. No entanto, seu uso pode complicar significativamente o uso do dispositivo.
O microscópio eletrônico de transmissão usa um feixe de elétrons de alta energia para formar uma imagem. O feixe de elétrons é criado por meio de um cátodo (tungstênio, LaB 6 , Schottky ou emissão de campo frio). O feixe de elétrons resultante é geralmente acelerado a 80-200 keV (são usadas várias voltagens de 20 kV a 1 MV), focalizado por um sistema de lentes magnéticas (às vezes lentes eletrostáticas), passa pela amostra para que alguns dos elétrons sejam espalhados na amostra, e alguns não são. Assim, o feixe de elétrons que passa pela amostra carrega informações sobre a estrutura da amostra. Em seguida, o feixe passa por um sistema de lentes de aumento e forma uma imagem em uma tela luminescente (geralmente feita de sulfeto de zinco), uma chapa fotográfica ou uma câmera CCD.
A resolução TEM é limitada principalmente pela aberração esférica. Alguns TEMs modernos possuem corretores de aberração esférica.
As principais desvantagens do TEM são a necessidade de uma amostra muito fina (da ordem de 100 nm) e a instabilidade (decomposição) das amostras sob o feixe.
Um dos tipos de microscopia eletrônica de transmissão (TEM), porém, existem instrumentos que operam exclusivamente no modo TEM. Um feixe de elétrons é passado através de uma amostra relativamente fina, mas, diferentemente da microscopia eletrônica de transmissão convencional, o feixe de elétrons é focado em um ponto que se move através da amostra ao longo do raster.
Baseia-se no princípio da televisão de varrer um fino feixe de elétrons sobre a superfície da amostra.
Em suas configurações mais comuns, os microscópios eletrônicos produzem imagens com um valor separado de brilho por pixel, com resultados normalmente mostrados em tons de cinza. No entanto, muitas vezes essas imagens são coloridas usando Programas, ou simplesmente por edição manual com um editor gráfico. Isso geralmente é feito para efeito estético ou para refinar a estrutura, e geralmente não adiciona informações sobre o padrão.
Em algumas configurações, mais informações sobre as propriedades da amostra podem ser coletadas por pixel usando vários detectores. No SEM, atributos da topografia e topografia de um material podem ser capturados usando um par de detectores eletrônicos de refletância e tais atributos podem ser sobrepostos em uma única imagem colorida, com diferentes cores primárias atribuídas a cada atributo. Por analogia, combinações do sinal eletrônico refletido e secundário podem ser atribuídas a cores diferentes e sobrepostas em uma única micrografia colorida, mostrando simultaneamente as propriedades da amostra.
Alguns tipos de detectores usados no SEM têm recursos analíticos e podem fornecer vários itens de dados por pixel. Exemplos são detectores de espectroscopia de raios-X de dispersão de energia usados em análise elementar e sistemas de microscópio de catodoluminescência que analisam a intensidade e o espectro da luminescência estimulada por elétrons em (por exemplo) amostras geológicas. Em sistemas SEM, o uso desses detectores é comum para codificar por cores os sinais e sobrepô-los em uma única imagem colorida para que as diferenças na distribuição dos diferentes componentes da amostra possam ser vistas e comparadas claramente. Opcional, padrão secundário imagens eletrônicas pode ser combinado com um ou mais canais de composição para que a estrutura e a composição da amostra possam ser comparadas. Tais imagens podem ser feitas mantendo a integridade completa do sinal original, que não muda de forma alguma.
Os microscópios eletrônicos são caros para fabricar e manter, mas o custo geral e operacional de um microscópio confocal óptico é comparável aos microscópios eletrônicos básicos. Microscópios destinados a alcançar altas resoluções, devem ser colocados em edifícios estáveis (às vezes subterrâneos) e sem campos eletromagnéticos externos. As amostras geralmente devem ser consideradas no vácuo, pois as moléculas que compõem o ar espalham elétrons. Uma exceção é o ambiente SEM, que permite a visualização de amostras hidratadas em baixa pressão (até 2,7 kPa) e/ou ambientes úmidos. Os microscópios eletrônicos de varredura que operam no modo usual de alto vácuo normalmente fotografam uma amostra condutora; Portanto, materiais não condutores requerem um revestimento condutor (ouro/paládio, liga de carbono, ósmio, etc.). Modo baixa voltagem microscópios modernos torna possível observar amostras não condutoras sem revestimento. Materiais não condutores também podem ser representados por pressão variável (ou meio Ambiente) microscópio eletrônico de varredura.
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Em 1931, R. Rudenberg recebeu uma patente para um microscópio eletrônico de transmissão e, em 1932, M. Knoll e E. Ruska construíram o primeiro protótipo de um instrumento moderno. Este trabalho de E. Ruska em 1986 foi premiado com o Prêmio Nobel de Física, que foi concedido a ele e aos inventores do microscópio de sonda de varredura, Gerd Karl Binnig e Heinrich Rohrer. O uso do microscópio eletrônico de transmissão para pesquisas científicas começou no final da década de 1930 e, ao mesmo tempo, surgiu o primeiro instrumento comercial construído pela Siemens.
No final da década de 1930 - início da década de 1940, surgiram os primeiros microscópios eletrônicos de varredura, que formam uma imagem de um objeto movendo sequencialmente uma sonda eletrônica de uma pequena seção transversal sobre o objeto. O uso em massa desses dispositivos em pesquisas científicas começou na década de 1960, quando atingiram uma significativa perfeição técnica.
Um salto significativo (nos anos 70) no desenvolvimento foi o uso de cátodos Schottky e cátodos com emissão de campo frio em vez de cátodos termiônicos, mas seu uso requer um vácuo muito maior.
No final dos anos 90 e início dos anos 2000, a informatização e o uso de detectores CCD aumentaram muito a estabilidade e (relativamente) a facilidade de uso.
Na última década, os modernos microscópios eletrônicos de transmissão avançados usam corretores para aberrações esféricas e cromáticas (que introduzem a principal distorção na imagem resultante), mas seu uso às vezes complica significativamente o uso do dispositivo.
Modelo: Seção em branco
A visão original do microscópio eletrônico. O microscópio eletrônico de transmissão usa um feixe de elétrons de alta energia para formar uma imagem. O feixe de elétrons é criado por meio de um cátodo (tungstênio, LaB 6 , Schottky ou emissão de campo frio). O feixe de elétrons resultante geralmente é acelerado a +200 keV (são utilizadas várias voltagens de 20 keV a 1 meV), focalizado por um sistema de lentes eletrostáticas, passa pela amostra de modo que parte dele passe por espalhamento na amostra e parte não. Assim, o feixe de elétrons que passa pela amostra carrega informações sobre a estrutura da amostra. Em seguida, o feixe passa por um sistema de lentes de aumento e forma uma imagem em uma tela luminescente (geralmente feita de sulfeto de zinco), uma chapa fotográfica ou uma câmera CCD.
A resolução TEM é limitada principalmente pela aberração esférica. Alguns TEMs modernos possuem corretores de aberração esférica.
As principais desvantagens do TEM são a necessidade de uma amostra muito fina (da ordem de 100 nm) e a instabilidade (decomposição) das amostras sob o feixe.
Artigo principal: Microscópio eletrônico de varredura de transmissão
Um dos tipos de microscopia eletrônica de transmissão (TEM), porém, existem instrumentos que operam exclusivamente no modo TEM. Um feixe de elétrons é passado através de uma amostra relativamente fina, mas, diferentemente da microscopia eletrônica de transmissão convencional, o feixe de elétrons é focado em um ponto que se move através da amostra ao longo do raster.
Baseia-se no princípio da televisão de varrer um fino feixe de elétrons sobre a superfície da amostra.
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NO mundo moderno O microscópio é considerado um dispositivo óptico indispensável. Sem ela, é difícil imaginar áreas da atividade humana como biologia, medicina, química, pesquisa espacial e engenharia genética.
Os microscópios são usados para estudar uma grande variedade de objetos e nos permitem ver com grande detalhe estruturas que são invisíveis a olho nu. A quem a humanidade deve o aparecimento deste útil dispositivo? Quem inventou o microscópio e quando?
A história do dispositivo está enraizada nos tempos antigos. A capacidade das superfícies curvas de refletir e refratar luz solar foi notado já no século 3 aC pelo explorador Euclides. Em seus trabalhos, o cientista encontrou uma explicação para a ampliação visual dos objetos, mas sua descoberta não encontrou aplicação prática.
A maioria informações iniciais sobre microscópios remonta a século XVIII. Em 1590, o artesão holandês Zachary Jansen colocou duas lentes de óculos em um tubo e conseguiu ver objetos ampliados de 5 a 10 vezes. 
Mais tarde, o famoso explorador Galileu Galilei inventou um telescópio e chamou a atenção para recurso interessante: se for muito afastado, pequenos objetos podem ser significativamente ampliados.
Um verdadeiro avanço científico e tecnológico no desenvolvimento do microscópio ocorreu no século XVII. Em 1619, o inventor holandês Cornelius Drebbel inventou um microscópio com lentes convexas e, no final do século, outro holandês, Christian Huygens, apresentou seu modelo, no qual as oculares podiam ser ajustadas.
Um dispositivo mais avançado foi inventado pelo inventor Anthony Van Leeuwenhoek, que criou um dispositivo com uma lente grande. Ao longo do próximo século e meio, este produto deu mais alta qualidade imagens, razão pela qual Leeuwenhoek é frequentemente chamado de inventor do microscópio.
Há uma opinião de que o dispositivo óptico não foi inventado por Leeuwenhoek, mas por Robert Hooke, que em 1661 melhorou o modelo de Huygens adicionando uma lente adicional a ele. O tipo de dispositivo resultante tornou-se um dos mais populares na comunidade científica e foi amplamente utilizado até meados do século XVIII. 
No futuro, muitos inventores colocaram a mão no desenvolvimento do microscópio. Em 1863, Henry Sorby inventou um dispositivo de polarização que lhe permitiu explorar e, na década de 1870, Ernst Abbe desenvolveu a teoria dos microscópios e descobriu a quantidade adimensional "número de Abbe", que contribuiu para a fabricação de equipamentos ópticos mais avançados.
Em 1931, o cientista Robert Rudenberg patenteou um novo dispositivo que poderia ampliar objetos usando feixes de elétrons. O dispositivo foi chamado de microscópio eletrônico e encontrou ampla aplicação em muitas ciências devido à sua alta resolução, milhares de vezes maior que a óptica convencional.
Um ano depois, Ernst Ruska criou um protótipo de um dispositivo eletrônico moderno, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel. Já no final da década de 1930, sua invenção começou a ser amplamente utilizada em pesquisas científicas. Ao mesmo tempo, a Siemens começou a produzir microscópios eletrônicos para uso comercial.
O tipo de microscópio óptico mais inovador até hoje é o nanoscópio, desenvolvido em 2006 por um grupo de cientistas liderados pelo inventor alemão Stefan Hell. 
O novo dispositivo permite não só ultrapassar a barreira do número Abbe, mas também oferece a oportunidade de observar objetos com dimensões de 10 nanómetros ou menos. Além disso, o dispositivo fornece imagens tridimensionais de objetos de alta qualidade, que antes eram inacessíveis aos microscópios convencionais.
