מגמת פיתוח של מיקרוסקופ אלקטרונים מהדור החדש
1. מיקרוסקופים אלקטרונים של אקדח פליטת שדה בעלי ביצועים גבוהים יותר ויותר פופולריים ויישומים. מיקרוסקופ אלקטרונים של אקדח פליטת שדה יכול לספק בהירות גבוהה ומקור אור אלקטרוני בקוהרנטיות גבוהה. לכן, ניתן לנתח באופן מקיף את הסידור האטומי וסוגי החומרים בסולם אטומי-ננומטר. באמצע ה-1990, היו רק כמה עשרות יחידות בטייוואן; כעת הוא זינק לאלפים. נכון לעכשיו, ישנם יותר ממאה מיקרוסקופים אלקטרונים של אקדח פליטת שדה בארצנו. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק תותחי טונגסטן חם קונבנציונאלי יכול להגיע רק לרזולוציה של 3.0nm לכל היותר; הדור החדש של מיקרוסקופי אלקטרונים סורק אקדח פליטת שדה יכול לקבל רזולוציה טובה יותר מ-1.0nm; הרזולוציה גבוהה כמו 0.5nm-0.4nm. ביניהם, מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק הסביבתי יכול להשיג: תנאים "סביבתיים" אמיתיים, ניתן לצפות בדגימות בתנאי לחות של 100 אחוז; דגימות ביולוגיות ודגימות לא מוליכות אינן צריכות להיות מצופות, והן יכולות להיות ישירות על המכונה לצורך תצפית וניתוח דינמיים; שלושה שימושים במכונה". שלושה מצבי עבודה של ואקום גבוה, ואקום נמוך ו"אביבינט".
2. יש לעשות מאמצים לפתח דור חדש של מונוכרומטורים ומתקני סטייה כדורית כדי לשפר עוד יותר את הרזולוציה של מיקרוסקופים אלקטרונים. מקדם סטייה כדורית: מקדם הסטייה הכדורית Cs של מיקרוסקופ אלקטרוני ההולכה הקונבנציונלי הוא כ-mm; מקדם הסטייה הכדורית של מיקרוסקופ אלקטרוני ההולכה הנוכחי הצטמצם ל-Cs<0.05mm. Chromatic aberration coefficient: the chromatic aberration coefficient of the conventional transmission electron microscope is about 0.7; The chromatic aberration coefficient of the TEM has been reduced to 0.1. Field emission transmission electron microscopy, STEM technology, and energy filtering electron microscopy have become analytical means and tools for material science research, and even biomedicine. The spherical aberration corrector of the objective lens improves the resolution of the field emission transmission electron microscope to the information resolution. That is, it improves from 0.19nm to 0.12nm or even less than 0.1nm. Using a monochromator, the energy resolution will be less than 0.1eV. But the beam current of the monochromator is only about one tenth of that without a monochromator. Therefore, while using a monochromator , but also to consider the reduction of the beam current of the monochromator. While the spherical aberration corrector of the condenser improves the resolution of STEM to less than 0.1nm, the spherical aberration corrector of the condenser increases the beam current by at least 10 times, which is very beneficial to improve the spatial resolution. While correcting the spherical aberration, the chromatic aberration increases by about 30%. Therefore, while correcting the spherical aberration, the chromatic aberration should also be considered.
3. ניתוח מיקרוסקופ אלקטרוני מתקדם לעבר מחשוב ורשתות. מבחינת מכשירים וציוד, מערכת ההפעלה הנוכחית של מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק השתמשה בממשק פעולה חדש לגמרי. המשתמש צריך רק ללחוץ על העכבר כדי לממש את השליטה בחבית עדשת מיקרוסקופ האלקטרונים וחלקים חשמליים, כמו גם את הזיכרון האוטומטי וההתאמה של פרמטרים שונים. בין אזורים שונים ניתן לבצע הדגמות כגון הזזת דגימות, שינוי מצבי הדמיה והתאמת פרמטרים של מיקרוסקופ אלקטרונים באמצעות מערכת הרשת. על מנת לממש את השלט הרחוק של מיקרוסקופ האלקטרונים.
4. היישום החשוב של מיקרוסקופ אלקטרונים בחקר ננו-חומרים. מכיוון שדיוק הניתוח של מיקרוסקופ האלקטרונים קרוב לקנה המידה האטומי, שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים של אקדח פליטת שדה וקרן אלקטרונים בקוטר של 0.13nm יכולים לא רק לאסוף את תמונת ה-Z של ניגודיות יחידה. אטום, אלא גם לאסוף את אנרגיית האלקטרונים של ספקטרום אובדן אטום בודד. כלומר, מיקרוסקופ האלקטרונים יכול לקבל בו-זמנית את מידע המבנה האטומי והאלקטרוני של חומרים בקנה מידה אטומי. התבוננות בתמונות אטומיות בודדות בדגימות הייתה תמיד עיסוק ארוך טווח של הקהילה המדעית. הקוטר של אטום הוא בערך 2-3מ"מ ב-10 מיליונית. לכן, כדי להבחין במיקום של כל אטום, נדרש מיקרוסקופ אלקטרוני ברזולוציה של כ-0.1nm, ויש להגדיל אותו בערך פי0 מיליון. ההערכה היא שכאשר קנה המידה של החומר מצטמצם לננו-סקאלה, התכונות האופטיות, החשמליות ואחרות הפיזיקליות והמכאניות של החומר עשויות להיות ייחודיות. לכן, הכנת ננו-חומרים כמו ננו-חלקיקים, ננו-צינורות וננו-חוטים, כמו גם המחקר על הקשר בין המבנים והתכונות שלהם הפכו למוקד מחקר שאנשים הקדישו לו תשומת לב רבה. באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים, בדרך כלל על מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת עם אקדח פליטת שדה ואקום גבוה במיוחד מעל 200KV, ניתן לצפות בתמונות מיקרוסקופ אלקטרוני ברזולוציה גבוהה של ננו-פאזות וננו-חוטים, דפוסי עקיפה של אלקטרונים וספקטרום אובדן אנרגיית אלקטרונים של ננו-חומרים. לדוגמה, ננו-צינוריות פחמן בקוטר פנימי של 0.4 ננומטר, ננו-סי-CN וננו-חוטי-סי-מוליכים למחצה עם סימום Li נצפו במיקרוסקופ האלקטרונים. בתחום הביו-רפואה, טכנולוגיית זהב ננו-קולואיד, כמוסות בריאות ננו-סלניום, מבני אברון ברמת ננו, וננו-רובוטים שיכולים להיות קטנים כמו חיידקים, מנטרים את ריכוזי הדם בכלי הדם ומסירים קרישי דם בדם. ניתן לומר שהכלים הם כל המחקרים. בלתי נפרד ממיקרוסקופ האלקטרונים של הכלי. בקיצור: SEM ו-TEM הופכים חשובים יותר ויותר במדעי החומרים, במיוחד בננוטכנולוגיה. שיפור היציבות והתפעול הופך את מיקרוסקופ האלקטרונים לא עוד למכשיר המשמש כמה מומחים, אלא לכלי פופולרי; רזולוציה גבוהה יותר היא עדיין הכיוון החשוב ביותר לפיתוח מיקרוסקופ האלקטרונים; היישום של מיקרוסקופ אלקטרוני סורק ומיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת השתנה מאפיון וניתוח התפתח לניסויים במקום ועיבוד ננו-נראה; קרן יונים ממוקדת (FIB) שימשה יותר ויותר במחקר מדעי של ננו-חומרים; הכלי החזק ביותר ליצירת ננו-אב-טיפוס; המטרה של STEM מתקן (Titan): אפיון מבנה תלת מימדי ברזולוציה של 0.5Å בשנת 2008.
5. מיקרוסקופ קריו-אלקטרון וטכנולוגיית שחזור תלת מימד הם מוקדי המחקר הנוכחיים במיקרוסקופ ביו-אלקטרון. טכנולוגיית מיקרוסקופ קריו-אלקטרון וטכנולוגיית שחזור תלת מימד הם מוקדי מחקר עדכניים במיקרוסקופ ביו-אלקטרון. הוא דן בעיקר בשימוש במיקרוסקופיה קריו-אלקטרון (הכוללת גם יישום של מיקרוסקופיה קריו-אלקטרונים על במה קרה של הליום נוזלי) ובטכנולוגיית שחזור תמונה תלת מימדית ממוחשבת לקביעת מבנה תלת מימדי ביולוגי של מקרומולקולות והקומפלקסים שלהן. כמו שימוש במיקרוסקופ קריו-אלקטרון לקביעת המבנה התלת מימדי של וירוסים וצמיחת גבישים דו-ממדיים של חלבוני ממברנה על ממברנות שומנים חד-שכבתיות ותצפית וניתוח במיקרוסקופ האלקטרוני שלהם. ביולוגיה מבנית עוררה את תשומת הלב הגבוהה של אנשים בימינו, מכיוון שמסתכלים על העולם הביולוגי מנקודת מבט מערכתית, יש לה מבנים היררכיים שונים: יחיד ® איבר ® רקמה ® תא ® biomacromolecule. למרות שהביומקרומולקולות נמצאות ברמה הנמוכה ביותר, הן קובעות את ההבדלים בין מערכות ברמה גבוהה. מבנה תלת מימדי קובע את התפקוד. המבנה הוא הבסיס ליישום: עיצוב תרופות, שינוי גנטי, מחקר ופיתוח חיסונים, בניית חלבון מלאכותי וכו'. יש אנשים שצופים שפריצות דרך בביולוגיה מבנית יביאו לשינויים מהפכניים בביולוגיה. מיקרוסקופיה אלקטרונית היא אחד האמצעים החשובים לקביעת המבנה. היתרונות של מיקרוסקופ אלקטרונים בטמפרטורה נמוכה הם: הדגימה נמצאת במצב מכיל מים, והמולקולות במצב טבעי; מכיוון שהדגימה פגומה מקרינה, יש להשתמש בטכניקה של מינון נמוך לצורך תצפית; טמפרטורת התצפית נמוכה, מה שמשפר את עמידות הקרינה של המדגם; ניתן להקפיא דגימות במצבים שונים כדי לראות שינויים במבנים מולקולריים. באמצעות טכניקות אלו, תוצאות התצפית והניתוח של דגימות ביולוגיות שונות קרובות יותר למצב האמיתי.
6. מצלמות CCD בעלות ביצועים גבוהים הופכות יותר ויותר פופולריות. היתרונות של CCDs המשמשים במיקרוסקופים אלקטרונים הם רגישות גבוהה, רעש נמוך ויחס אות לרעש גבוה. תחת אותו פיקסל, להדמיית CCD יש לרוב שקיפות וחדות טובים, וניתן להבטיח ששעתוק צבע וחשיפה יהיו מדויקים בעצם. רזולוציית התמונה/רזולוציה של המצלמה היא כמה פיקסלים אנו אומרים לעתים קרובות. ביישומים מעשיים, המצלמה ככל שהפיקסלים גבוהים יותר, כך איכות התמונה המצולמת טובה יותר. עבור אותה תמונה, ככל שהפיקסלים גבוהים יותר, היכולת לנתח את התמונה תהיה חזקה יותר, אך כמות הנתונים שהיא רושמת תהיה גדולה בהרבה, כך שדרישות התקן האחסון גבוהות בהרבה. בתחום ה-TEM של היום, המוצרים החדשים שפותחו נשלטים לחלוטין ממוחשבת, ואת רכישת התמונה משלימה מצלמת CCD ברזולוציה גבוהה במקום סרט צילום. מגמת הטכנולוגיה הדיגיטלית מניעה את המהפכה של יישום TEM ואפילו את כל עבודת המעבדה מכל ההיבטים. במיוחד מבחינת תוכנות עיבוד תמונה, דברים רבים שנחשבו בעבר בלתי אפשריים הופכים למציאות.
