차세대 전자현미경 개발 동향
1. 고성능 전계방출총 전자현미경이 점차 대중화되고 적용되고 있습니다. 전계 방출 건 투과 전자 현미경은 고휘도 및 고간섭 전자 광원을 제공할 수 있습니다. 따라서 원자배열과 물질의 종류를 원자나노미터 단위로 종합적으로 분석할 수 있다. 중반-1990대만에는 수십 대의 유닛만 있었습니다. 지금은 수천 명으로 치솟았습니다. 현재 우리나라에는 100개가 넘는 전계방사총투과전자현미경이 있다. 기존의 고온 텅스텐 필라멘트(전자) 주사 전자 현미경은 최대 3.0nm의 해상도에만 도달할 수 있습니다. 차세대 전계 방출 총 주사 전자 현미경은 1.0nm보다 나은 해상도를 가질 수 있습니다. 해상도는 0.5nm-0.4nm만큼 높습니다. 그 중 환경 주사 전자 현미경은 다음을 달성할 수 있습니다. 실제 "환경" 조건, 100% 습도 조건에서 샘플을 관찰할 수 있습니다. 생물학적 샘플 및 비전도성 샘플은 코팅할 필요가 없으며 동적 관찰 및 분석을 위해 기계에 직접 놓을 수 있습니다. 기계의 세 가지 용도". 고진공, 저진공 및 "주변"의 세 가지 작업 모드.
2. 전자현미경의 해상도를 더욱 향상시키기 위해 차세대 모노크로메이터 및 구면 수차 보정기 개발에 노력해야 합니다. 구면수차계수: 종래의 투과전자현미경의 구면수차계수 Cs는 약 mm이다. 현재 투과 전자 현미경의 구면 수차 계수는 Cs로 감소되었습니다.<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. 전자현미경 분석은 컴퓨터화 및 네트워킹으로 이동하고 있습니다. 기기 및 장비 측면에서 주사 전자 현미경의 현재 운영 체제는 완전히 새로운 작동 인터페이스를 사용했습니다. 사용자는 마우스를 누르기만 하면 전자현미경 렌즈 경통과 전기 부품을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 매개변수를 자동으로 기억하고 조정할 수 있습니다. 서로 다른 지역 사이에서 네트워크 시스템을 통해 샘플 이동, 이미징 모드 변경 및 전자 현미경 매개 변수 조정과 같은 시연을 수행할 수 있습니다. 전자 현미경의 원격 제어를 실현하기 위해.
4. 나노물질 연구에서 전자현미경의 중요한 응용. 전자현미경의 분석정확도는 원자스케일에 가깝기 때문에 전계방출총투과전자현미경과 0.13nm 직경의 전자빔을 사용하면 단일 원자뿐만 아니라 단일 원자 손실 스펙트럼의 전자 에너지도 수집합니다. 즉, 전자현미경은 원자 규모의 물질의 원자와 전자 구조 정보를 동시에 얻을 수 있다. 샘플에서 개별 원자 이미지를 관찰하는 것은 항상 과학계의 장기적인 추구였습니다. 원자의 지름은 약 2-3mm in 10백만분의 1입니다. 따라서 각 원자의 위치를 구분하기 위해서는 약 0.1nm 정도의 해상도를 가진 전자현미경이 필요하며 약 10백만 배로 확대해야 한다. 재료의 크기가 나노 크기로 축소되면 재료의 광학적, 전기적 및 기타 물리적, 기계적 특성이 고유할 수 있을 것으로 예측됩니다. 따라서 나노입자, 나노튜브, 나노와이어와 같은 나노물질의 제조와 이들의 구조와 특성의 관계에 대한 연구는 사람들이 주목하는 연구 핫스팟이 되었다. 전자현미경을 사용하면 일반적으로 200KV 이상의 초고진공 전계방출건이 있는 투과전자현미경에서 나노상과 나노와이어의 고해상도 전자현미경 이미지, 나노물질의 전자회절 패턴과 전자에너지 손실 스펙트럼을 관찰할 수 있다. 예를 들어, 내경이 0.4nm인 탄소나노튜브, Si-CN 나노로드, Li 도핑된 Si 반도체 나노와이어를 전자현미경으로 관찰하였다. 바이오메디신 분야에서는 나노 콜로이드 금 기술, 나노 셀레늄 헬스케어 캡슐, 나노 수준의 소기관 구조, 박테리아만큼 작아질 수 있는 나노 로봇, 혈관 내 혈중 농도 모니터링, 혈액 내 혈전 제거 선박은 모든 연구라고 할 수 있습니다. 도구 전자 현미경과 분리할 수 없습니다. 요컨대, SEM과 TEM은 재료 과학, 특히 나노 기술에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 안정성과 조작성의 향상으로 전자 현미경은 더 이상 소수의 전문가만 사용하는 도구가 아니라 대중적인 도구가 되었습니다. 더 높은 해상도는 여전히 전자현미경의 발전을 위한 가장 중요한 방향입니다. 주사전자현미경과 투과전자현미경의 응용은 특성화와 분석에서 현장 실험과 나노-가시 처리로 발전했다. 집중 이온 빔(FIB)은 나노 물질의 과학적 연구에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 나노프로토타이핑을 위한 가장 강력한 도구; 교정 STEM(Titan)의 목표: 2008년 0.5Å 해상도에서 3D 구조 특성화.
5. 극저온 전자 현미경 및 3차원 재구성 기술은 생체 전자 현미경의 현재 연구 핫스팟입니다. 극저온 전자 현미경 기술과 3차원 재구성 기술은 생체 전자 현미경의 현재 연구 핫스팟입니다. 그것은 주로 극저온 전자 현미경(액체 헬륨 냉각 단계에서 극저온 전자 현미경의 적용도 포함)의 사용과 거대분자와 그 복합체의 생물학적 3차원 구조를 결정하기 위한 컴퓨터 3차원 이미지 재구성 기술에 대해 논의합니다. 예를 들어 저온 전자 현미경을 사용하여 바이러스의 3차원 구조를 결정하고 단층 지질막에서 막 단백질의 2차원 결정 성장과 전자 현미경 관찰 및 분석을 수행합니다. 구조 생물학은 오늘날 사람들의 높은 관심을 불러일으켰습니다. 생물학적 세계를 체계적 관점에서 보면 개별 ® 기관 ® 조직 ® 세포 ® 생체 거대 분자와 같은 다양한 계층 구조를 가지고 있기 때문입니다. 생체거대분자는 가장 낮은 수준에 있지만 높은 수준의 시스템 간의 차이를 결정합니다. 3차원 구조가 기능을 결정합니다. 구조는 응용의 기초입니다: 약물 설계, 유전자 변형, 백신 연구 및 개발, 인공 단백질 구성 등. 어떤 사람들은 구조 생물학의 돌파구가 생물학에 혁명적인 변화를 가져올 것이라고 예측합니다. 전자 현미경은 구조 결정의 중요한 수단 중 하나입니다. 저온 전자 현미경의 장점은 다음과 같습니다. 시료는 수분을 함유한 상태이고 분자는 자연 상태입니다. 샘플이 방사선에 의해 손상되기 때문에 관찰을 위해 저선량 기술을 사용해야 합니다. 관찰 온도가 낮아 시료의 내방사선성이 향상됩니다. 분자 구조의 변화를 관찰하기 위해 샘플을 다른 상태로 동결할 수 있습니다. 이러한 기술을 통해 다양한 생체 시료의 관찰 및 분석 결과가 실제 상태에 더 가깝습니다.
6. 고성능 CCD 카메라가 점점 대중화되고 있습니다. 전자 현미경에 사용되는 CCD의 장점은 고감도, 저잡음, 높은 신호 대 잡음비입니다. 동일한 픽셀에서 CCD 이미징은 종종 우수한 투명도와 선명도를 가지며 색상 재현 및 노출은 기본적으로 정확함을 보장할 수 있습니다. 카메라의 이미지 해상도/해상도는 우리가 자주 말하는 픽셀 수입니다. 실제 응용 프로그램에서 카메라는 픽셀이 높을수록 캡처된 이미지의 품질이 더 좋습니다. 같은 사진의 경우 픽셀이 높을수록 이미지를 분석하는 능력이 강해지지만 기록하는 데이터의 양이 훨씬 더 많기 때문에 저장 장치 요구 사항이 훨씬 더 높습니다. 오늘날의 TEM 분야에서 새로 개발된 제품은 완전히 컴퓨터로 제어되며 이미지 획득은 사진 필름 대신 고해상도 CCD 카메라로 완료됩니다. 디지털 기술의 추세는 모든 측면에서 TEM 응용 및 전체 실험실 작업의 혁명을 주도하고 있습니다. 특히 이미지 처리 소프트웨어 측면에서 과거에는 불가능하다고 여겨졌던 많은 것들이 현실이 되고 있습니다.
