میکروسکوپ الکترونی عبوری

میکروسکوپ الکترونی عبوری ( به انگلیسی: Transmission electron microscopy ) ( اختصاری  TEM ) نوعی میکروسکوپ الکترونی است که در آن پرتویی از الکترون ها از یک نمونه فوق العاده نازک عبور می کنند و در اثر تعامل الکترون های عبوری با نمونه تصویر تشکیل می شود. سپس تصویر بر روی یک ابزار تصویر ساز مانند یک صفحه نمایش فلورسنت، یا یک لایه از فیلم عکاسی متمرکز و بزرگنمایی شده، یا توسط یک حسگر مانند یک افزاره بارجفت شده ( CCD ) که نوعی حسگر تصویربرداری می باشد آشکار می گردد. تی ئی ام ها قادر به تصویربرداری با وضوح قابل توجهی بالاتر از میکروسکوپ نوری هستند و علت آن کوچکتر بودن طول موج الکترون ها نسبت به طول موج نوراست؛ لذا قابلیت عکس برداری از ریزساختار مواد با بزرگنمایی ۱٬۰۰۰ تا ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ برابر با وضوح تصویری درحد کوچک تر از ۱ نانومتر را دارد. میکروسکوپ الکترونی عبوری همچنین توانایی آنالیز عنصری، تعیین ساختار و جهت کریستالی اجزایی به کوچکی ۳۰ نانومتر را به صورت کیفی و کمی دارد. میکروسکوپ نوری تی ئی ام در طیف وسیعی از رشته های علمی مثل فیزیک، شیمی و علوم زیستی و علم مواد/متالورژی و … مورد استفاده قرار می گیرد. [ ۱]
لوئیس دو بروی در سال ۱۹۲۵ برای اولین بار تئوری خصوصیات موجی الکترون ها که طول موجی کمتر از نور مرئی دارند را ارائه کرد. در سال ۱۹۲۷ دیویسون و گرمر و همچنین تامپسون و رید به طور مستقل آزمایش های کلاسیک تفرق الکترونی را انجام دادند که نشان دهندهٔ طبیعت موجی الکترون ها بود. در سال ۱۹۳۲ روسکا و نول اولین بار ایدهٔ میکروسکوپ الکترونی را مطرح کردند. در سال ۱۹۳۶ اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری توسط شرکت Metropolitian - Vickers در انگلستان ساخته شد. شکل اصلی میکروسکوپ الکترونی، میکروسکوپ انتقال الکترونی از یک پرتو الکترونی ولتاژ بالا برای ساخت یک تصویر استفاده می کند. الکترون ها به وسیلهٔ یک تفنگ الکترونی انتشار می یابند، که معمولاً با یک کاتد ساخته شده از تنگستن رشته ای به عنوان یک منبع الکترون پر شده است. پرتو الکترونی به وسیلهٔ یک آند معمولی با ولتاژ kV100+ ( 40تا 400kV ) شتاب می گیرد با توجه به نوع کاتد، به وسیلهٔ عدسی های الکترواستاتیکی و الکترومغناطیسی تمرکز یافته، و از طریق نمونه که در بخش شفاف به الکترون است انتقال می یابد، و در نقطه خارج از پرتو آن ها پراکنده می شود. هنگامی که از نمونه ظاهر می شود، پرتو الکترونی اطلاعاتی در مورد ساختار نمونه که به وسیلهٔ عدسی های هدف سیستم میکروسکوپ بزرگنمایی شده را حمل می نماید. تنوع فضایی در این اطلاعات ( تصاویر ) ممکن است به وسیلهٔ طرح تصویر الکترونی بزرگ شده بر روی یک صفحه نمایش فلور سنت پوشش داده شده با فسفر یا مادهٔ جرقه زنی مثل سولفید روی مشاهده شود. متناوباً، تصویر می تواند به وسیلهٔ نمایش یک فیلم عکسی یا صفحه ای مستقیماً رو به پرتو الکترونی، یا یک فسفر وضوح بالا همراه شده و بوسیلهٔ سیستم عدسی نوری یا یک فیبر نوری چراغ راهنمایی برای حسگر یک دوربین CCD ( دستگاه باردار ) ثبت عکسی شود. تصویر بوسیلهٔ CCD که می تواند آن را در مانیتور یا کامپیوتر نمایش دهد شناسایی می شود. وضوح تی ئی ام در درجهٔ اول بوسیلهٔ انحراف کروی محدود می شود، اما نسل جدید تنظیم کننده های انحراف قادر به غلبه بر بخشی از انحراف کروی برای افزایش وضوح هستند. سخت افزار اصلاح انحراف کروی برای میکروسکوپ انتقال الکترونی با وضوح بالا ( HRتی ئی ام ) اجازه داده است تصاویری با وضوح بالای ۰/۵ آنگستروم ( ۵۰ پیکومتر ) و بزرگنمایی بالای ۵۰ میلیون بار تولید شود. توانایی تعیین موقعیت اتم ها در داخل مواد HRتی ئی ام را یک ابزار مهم برای توسعه و تحقیق فناوری نانو ساخته است. یک حالت استفاده مهم تی ئی ام پراش الکترون است. مزایای پراش الکترونی روی پرتو ایکس در بلورشناسی این است که نمونه نیازمند یک تک بلور یا حتی پودر چند بلوری نبوده، و همچنین این که تبدیل فوریه بازسازی ساختار شیئ بزرگ شده به طور فیزیکی رخ می دهد و درنتیجه بعد از بدست آوردن تصویر بلوری الگوهای پراش پرتو ایکس آن ها به صورت یک تک بلور یا پودر چند بلوری، از نیاز به حل مشکل فاز مواجه شده به وسیلهٔ پرتو ایکس اجتناب می شود. عمده معایب میکروسکوپ انتقال الکترونی این است که نیازمند بخش های بسیار باریک از نمونه، معمولاً حدود 100 نانومتر می باشد. نمونه های زیستی معمولاً نیازمند ثبوت شیمیایی هستند، آب از دست داده و جاسازی شده در یک رزین پلیمری برای ایجاد ثبات در آن ها، به آن ها اجازه تشکیل برشی به اندازه کافی نازک می دهد. بخشی از نمونه های زیستی، پلیمرهای آلی و مواد مشابه ممکن است نیاز ویژه به رنگ آمیزی با برچسب اتم سنگین به منظور دستیابی به کنتراست تصویر مورد نیاز داشته باشند.