กล้องSEM

Scaning Eletron Microscopy (SEM)

 

  

      Scanning Electron Microscope (SEM) เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีกำลังขยายไม่สูงเท่ากับเครื่อง TEM (เครื่อง SEM มีกำลังขยายสูงสุดประมาณ 10 นาโนเมตร)  การเตรียมตัวอย่างเพื่อที่จะดูด้วยเครื่อง SEM นี้ไม่จำเป็นต้องที่ตัวอย่างจะต้องมีขนาดบางเท่ากับเมื่อดูด้วยเครื่อง TEM ก็ได้ (เพราะไม่ได้ตรวจวัดจากการที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ทะลุผ่านตัวอย่าง) การสร้างภาพทำได้โดยการตรวจวัดอิเล็กตรอนที่สะท้อนจากพื้นผิวหน้าของ ตัวอย่างที่ทำการสำรวจ  ซึ่งภาพที่ได้จากเครื่อง SEM นี้จะเป็นภาพลักษณะของ 3 มิติ ดังนั้นเครื่อง SEM จึงถูกนำมาใช้ในการศึกษาสัณฐานและรายละเอียดของลักษณะพื้นผิวของตัวอย่าง เช่น ลักษณะพื้นผิวด้านนอกของเนื้อเยื่อและเซลล์   หน้าตัดของโลหะและวัสดุ เป็นต้น

 รูป แสดงหลักการทำงานของเครื่อง SEM

            หลักการทำงานของเครื่อง SEM จะประกอบด้วยแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนซึ่งทำหน้าที่ผลิตอิเล็กตรอนเพื่อป้อนให้กับระบบ โดยกลุ่มอิเล็กตรอนที่ได้จากแหล่งกำเนิดจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้า จากนั้นกลุ่มอิเล็กตรอนจะผ่านเลนส์รวบรวมรังสี (condenser lens)เพื่อทำให้กลุ่มอิเล็กตรอนกลายเป็นลำอิเล็กตรอน  ซึ่งสามารถปรับให้ขนาดของลำอิเล็กตรอนใหญ่หรือเล็กได้ตามต้องการ หากต้องการภาพที่มีความคมชัดจะปรับให้ลำอิเล็กตรอนมีขนาดเล็ก หลังจากนั้นลำอิเล็กตรอนจะถูกปรับระยะโฟกัสโดยเลนส์ใกล้วัตถุ (objective lens) ลงไปบนผิวชิ้นงานที่ต้องการศึกษา  หลังจากลำอิเล็กตรอนถูกกราดลงบนชิ้นงานจะทำให้เกิดอิเล็กตรอนทุติยภูมิ (secondary electron) ขึ้นซึ่งสัญญาณจากอิเล็กตรอนทุติยภูมินี้จะถูกบันทึก  และแปลงไปเป็นสัญญาณทางอิเล็กทรอกนิกส์และ ถูกนำไปสร้างเป็นภาพบนจอโทรทัศน์ต่อไปและสามารถบันทึกภาพจากหน้าจอโทรทัศน์ได้เลย 

 

รูป แสดงพื้นผิวที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง SEM

 

     ข้อดีของเครื่อง SEM เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่อง TEM  คือ ภาพโครงสร้างที่เห็นจากเครื่อง SEM จะเป็นภาพลักษณะ 3 มิติ ในขณะที่ภาพจากเครื่อง TEM จะให้ภาพลักษณะ 2 มิติ อีกทั้งวิธีการใช้งานเครื่อง SEM จะมีความรวดเร็วและใช้งานง่ายกว่าเครื่อง TEM มาก

 

http://www.nano.kmitl.ac.th/index.php/tool/39-2009-06-05-03-28-18/218-scaning-eletron-microscopysem-.html

กล้องจุลทัศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน SCANNING ELECTRON MICROSCOPE


กล้องจุลทัศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน เป็นเครื่องมือวิทยาศาสตร์ช่วยสายตาประเภท กล้องจุลทัศน์ ที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอน ฉายหรือส่องกราดไปบนผิวของตัวอย่างที่ต้องการตรวจสอบให้ได้ข้อมูลของลักษณะพื้นผิวปรากฏเป็นภาพขยายที่สามารถมองเห็น ได้ด้วยตาเปล่าหรืออาจบันทึกภาพที่บนแผ่นฟิลม์ได้กล้องจุลทัศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนมีชื่อ”ภาษาอังกฤษ”คำเต็มว่าSCANNING ELECTRON MICROSCOPEและโดยทั่วไปแล้วผู้ที่คุ้นเคยกับอุปกรณ์ชนิดนี้มักจะเรียกชื่อย่อเป็น”ภาษาอังกฤษว่า “SEM” (ออกเสียงว่าเอสอีเอ็ม)

ส่วนกล้องจุลทัศน์อีกชนิดหนึ่งซึ่งเป็นต้นกำเนิดของSEMนั้นเป็นกล้องจุลทัศน์ชนิดที่เรียกว่าTEM(อ่านว่าทีอีเอ็ม)คำนี้ย่อมาจากTransmission ElectronMicroscopeซึ่งหมายถึงกล้องจุลทัศน์อิเล็กตรอนที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนส่องผ่านตัวอย่างที่บางมากและภาพที่เกิดขึ้นก็คือเงาที่ปรากฎบนแผ่น รับภาพซึ่งสามารถบันทึกบนแผ่นฟิล์ม(ถ่ายภาพ)ได้เช่นกันทั้งSEMและTEMมีลักษณะโครงสร้างพื้นฐานคล้ายคลึงกันในระบบโดยเฉพาะที่เกี่ยวข้อง กับระบบสูญญากาศการทำให้มีลำแสงอิเล็กตรอนและระบบเล็นส์สนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีบทบาทในการรวมหรือกระจายลำแสงอิเล็กตรอนตัวอย่าง ที่ต้องการศึกษาหรือตรวจสอบระบบอื่นๆของกล้องทั้งสองประเภทมีความแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดคือระบบของการสร้างภาพและลักษณะของภาพ ที่ปรากฎนั่นคือTEMมีระบบของการเกิดภาพได้ง่ายๆภาพที่เกิดขึ้นจะปรากฎให้ผู้ใช้เห็นได้โดยตรงบนแผ่นรับภาพและภาพนั้นเกิดความแตกต่าง ระหว่างความโป่รงใสและความทึบแสงที่ลำแสงอิเล็กตรอนผ่านหรือไม่สามารถจะผ่านได้ภาพที่ปรากฎก็คือเงาของตัวอย่างส่วนระบบการเกิดภาพใน SEMเป็นระบบที่ค่อนข้างจะยุ่งยากไม่ใช่เป็นเงาที่ภาพที่เกิดขึ้นโดยตรงอันเกิดจากลำแสงอิเล็กตรอนผ่านหรือไม่สามารถจะผ่านตัวอย่างภาพในSEM จึงเป็นภาพที่เกิดโดยทางอ้อมซึ่งเป็นการรวบรวมสัญญาณที่เกิดภายหลังการกระทบลำแสงอิเล็กตรอนแล้วเปลี่ยนไปเป็นภาพให้ปรากฎบนจอภาพที่มี ลักษณะคล้ายจอโทรทัศน์หรืออีกนัยหนึ่งภาพที่เกิดขึ้นในSEMก็คือผลจากการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นภาพถึงแม้ว่าภาพซึ่งเป็นผลหรือ ข้อมูลที่ได้รับมาโดยการใช้กล้องจุลทัศน์อิเล็กตรอนทั้ง2ประเภทดังกล่าวคือทั้งTTEMและSEMจะเป็นภาพของตัวอย่างที่เป็นภาพขยายและมีรายละเอียด สูงก็ตามภาพที่เกิดจากการใช้อุปกรณ์ทั้ง2ประเภทมีลักษณะที่แตกต่างกันมากภาพที่ได้รับจากการใช้TEMเป็นภาพขยายที่มีการแจกแจงรายละเอียดสูง และมีลักษณะ2มิติ(รูปที่1-2)ส่วนภาพที่ได้รับจากSEMนั้นนอกเหนือจากเป็นภาพที่มีคุณสมบัติในด้านกำลังขยายและรายละเอียดแล้วภาพที่ปรากฎจาก การใช้SEMยังมีลักษณะพิเศษอีกหนึ่งคือเป็นภาพที่มีความลึกหรือเป็นภาพประเภท3มิติ(รูปที่1-3)ซึ่งทำความประทับใจแก่ผู้ใช้SEMเป็นอย่างมาก ตารางที่1แสดงการเปรียบเทียบคุณสมบัติและลักษณะของกล้องจุลทัศน์อิเล็กตรอนแบบธรรมดาหรือTEMกับกล้องจุลทัศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน หรือSEMซึ่งเป็นที่นิยมกันในปัจจุบันเพื่อการประยุกต์ใช้สำหรับการเรียนการสอนและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์แทบทุกแขนงหรือสาขากล้องจุลทัศน์ อิเล็กตรอนแบบสแกน(SEM)เป็นอุปกรณ์ที่ได้รับความนิยมมาตั้งแต่ปีค.ศ.1965หรือเมื่อประมาณ20ปีที่แล้วมานี่เองทั้งๆที่การประดิษฐ์อุปกรณ์ ชนิดนี้ได้มีมาในระยะเวลาไล่เลี่ยกันกับประดิษฐ์TEMคือในระหว่างปีค.ศ.1929-1931ทั่งนี้เพราะการดัดแปลงอุปกรณ์ที่รวบรวมสัญญาณอันเกิดจาก ลำแสงอิเล็กตรอนกระทบผิวของตัวอย่างยังไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอภาพที่ปรากฎที่ออกมาในจอภาพจึงพร่ามัวขาดรายละเอียดหรืออีกนัยหนึ่ง คือมีการแจกแจงรายละเอียดต่ำ(lowresolution)ฉะนั้นความสนใจด้านSEMจึงหยุดชะงักไประยะหนึ่งจนถึงปีค.ศ.1965เมื่อSEMเครื่องแรกได้ปรากฎ ออกสู่วงการวิทยาศาสตร์อีกครั้งอันเป็นผลจากการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงทั้งระบบเล็นส์สนามแม่เหล็กและระบบภาพให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นทำให้ บรรดานักวิทยาศาสตร์ด้านวิทยาศาสตร์กายภาพสนใจอุปกรณ์ชนิดนี้เป็นอย่างมากนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

http://www.elecnet.chandra.ac.th/learn/courses/5513101/termwork/sem/pong/1.html

 
 
 
 
 
          กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ลำอนุภาคอิเล็กตรอนพลังงานสูงในการตรวจสอบวัตถุแทนแสงธรรมดา      เนื่องจากความยาวคลื่นของลำอนุภาคอิเล็กตรอนนั้นสั้นกว่าความยาวคลื่นแสงถึง 100,000 เท่า ทำให้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถให้ประสิทธิภาพของกำลังขยาย และการแจกแจงรายละเอียดได้เหนือกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง  โดยสามารถแยกรายละเอียดของวัตถุที่เล็กขนาด 10 อังสตรอม หรือ 0.1 นาโนเมตร (กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะแจกแจงรายละเอียดได้ประมาณ 0.2 ไมโครเมตร) จึงทำให้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมีกำลังขยายสูงมากถึง 500,000 เท่า  และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมี 2 ชนิด ได้แก่ transmission electron microscope (TEM) และ scanning electron microscope (SEM)
 
 
 
 
          transmission electron microscope (TEM) เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ใช้ศึกษาตัวอย่างชนิดบาง  ซึ่งเตรียมขึ้นโดยวิธีพิเศษเพื่อให้ลำอนุภาคอิเล็กตรอนผ่านทะลุได้ การสร้างภาพจากกล้องประเภทนี้จะทำได้โดยการตรวจวัดอิเล็กตรอนที่ทะลุผ่านตัวอย่างนั่นเอง เครื่อง TEM เหมาะสำหรับศึกษารายละเอียดขององค์ประกอบภายในของตัวอย่าง เช่น องค์ประกอบภายในเซลล์ ลักษณะของเยื่อหุ้มเซลล์ ผนังเซลล์ เป็นต้น ซึ่งจะให้รายละเอียดสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์ชนิดอื่นๆ เนื่องจากมีกำลังขยายและประสิทธิภาพในการแจกแจงรายละเอียดสูงมาก (กำลังขยายสูงสุดประมาณ 0.1นาโนเมตร)
 
 
เครื่อง TEM (Tranmission Electron Microscope)
 
            จะประกอบด้วยแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนซึ่งทำหน้าที่ผลิตอิเล็กตรอนเพื่อป้อนให้กับระบบ โดยกลุ่มอิเล็กตรอนที่ได้จากแหล่งกำเนิดจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้า จากนั้นกลุ่มอิเล็กตรอนจะผ่านเลนส์รวบรวมรังสี (condenser lens) เพื่อทำให้กลุ่มอิเล็กตรอนกลายเป็นลำอิเล็กตรอน  ซึ่งสามารถปรับให้ขนาดของลำอิเล็กตรอนใหญ่หรือเล็กได้ตามต้องการ จากนั้นลำอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านตัวอย่างที่จะศึกษา (specimen) ไป ซึ่งตัวอย่างที่จะศึกษาจะต้องมีลักษณะที่แบนและบางมาก (บ่อยครั้งที่พบว่าอยู่ในช่วงระหว่าง 1 – 100 นาโนเมตร) จากนั้นจะเกิดการกระเจิงอนุภาคขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนทะลุผ่านตัวอย่างไป   และอิเล็กตรอนที่ทะลุผ่านตัวอย่างนี้ก็จะถูกปรับโฟกัสของภาพโดยเลนส์ใกล้วัตถุ (objectivr lens)ุ   ซึ่งเป็นเลนส์ที่ทำหน้าที่ขยายภาพให้ได้รายละเอียดมากที่สุด   จากนั้นจะได้รับการขยายด้วยเลนส์ทอดภาพไปสู่จอรับ (projector lens)   และปรับโฟกัสของลำอนุภาคอิเล็กตรอนให้ยาวพอดีที่จะปรากฏบนฉากเรืองแสง   สุดท้ายจะเกิดการสร้างภาพขึ้นมาได้
 
 
ส่วนประกอบและการทำงานของเครื่อง TEM
 
 
ภาพโครงสร้างนาโนที่ได้จากการสำรวจของเครื่อง TEM
     
อนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO2) ที่ได้จากการศึกษาโดยใช้เครื่อง TEM   อนุภาคนาโนออกไซด์ของสังกะสีหรือซิงค์ออกไซด์ (ZnO) ที่ได้จากการศึกษาโดยใช้เครื่อง TEM
 
 
 
 
 
          scanning electron microscope (SEM) เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีกำลังขยายไม่สูงเท่ากับเครื่อง TEM (เครื่อง SEM มีกำลังขยายสูงสุดประมาณ 10 นาโนเมตร)  การเตรียมตัวอย่างเพื่อที่จะดูด้วยเครื่อง SEM นี้ไม่จำเป็นต้องที่ตัวอย่างจะต้องมีขนาดบางเท่ากับเมื่อดูด้วยเครื่อง TEM ก็ได้ (เพราะไม่ได้ตรวจวัดจากการที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ทะลุผ่านตัวอย่าง) การสร้างภาพทำได้โดยการตรวจวัดอิเล็กตรอนที่สะท้อนจากพื้นผิวหน้าของตัวอย่างที่ทำการสำรวจ  ซึ่งภาพที่ได้จากเครื่อง SEM นี้จะเป็นภาพลักษณะของ 3 มิติ ดังนั้นเครื่อง SEM จึงถูกนำมาใช้ในการศึกษาสัณฐานและรายละเอียดของลักษณะพื้นผิวของตัวอย่าง เช่น ลักษณะพื้นผิวด้านนอกของเนื้อเยื่อและเซลล์   หน้าตัดของโลหะและวัสดุ เป็นต้น
 
          ข้อดีของเครื่อง SEM เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่อง TEM  คือ ภาพโครงสร้างที่เห็นจากเครื่อง SEM จะเป็นภาพลักษณะ 3 มิติ ในขณะที่ภาพจากเครื่อง TEM จะให้ภาพลักษณะ 2 มิติ อีกทั้งวิธีการใช้งานเครื่อง SEM จะมีความรวดเร็วและใช้งานง่ายกว่าเครื่อง TEM มาก
 
 
เครื่อง SEM (Scanning Electron Microscope)
 
          จะประกอบด้วยแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนซึ่งทำหน้าที่ผลิตอิเล็กตรอนเพื่อป้อนให้กับระบบ โดยกลุ่มอิเล็กตรอนที่ได้จากแหล่งกำเนิดจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้า จากนั้นกลุ่มอิเล็กตรอนจะผ่านเลนส์รวบรวมรังสี (condenser lens) เพื่อทำให้กลุ่มอิเล็กตรอนกลายเป็นลำอิเล็กตรอน  ซึ่งสามารถปรับให้ขนาดของลำอิเล็กตรอนใหญ่หรือเล็กได้ตามต้องการ หากต้องการภาพที่มีความคมชัดจะปรับให้ลำอิเล็กตรอนมีขนาดเล็ก หลังจากนั้นลำอิเล็กตรอนจะถูกปรับระยะโฟกัสโดยเลนส์ใกล้วัตถุ (objective lens)  ลงไปบนผิวชิ้นงานที่ต้องการศึกษา  หลังจากลำอิเล็กตรอนถูกกราดลงบนชิ้นงานจะทำให้เกิดอิเล็กตรอนทุติยภูมิ (secondary electron) ขึ้น  ซึ่งสัญญาณจากอิเล็กตรอนทุติยภูมินี้จะถูกบันทึก  และแปลงไปเป็นสัญญาณทางอิเล็กทรอกนิกส์และ ถูกนำไปสร้างเป็นภาพบนจอโทรทัศน์ต่อไป  และสามารถบันทึกภาพจากหน้าจอโทรทัศน์ได้เลย
 
 
ส่วนประกอบและการทำงานของเครื่อง SEM
 
ภาพโครงสร้างนาโนที่ได้จากการสำรวจของเครื่อง SEM
     
อนุภาคนาโนคอลลอยด์ของทองคำที่ได้จาการศึกษาโดยใช้เครื่อง SEM   ตัวอักษรที่ใช้วิธีการ EBL เขียน (ตัวอักษรสูง 150 นาโนเมตร) ที่ได้จากการศึกษาโดยใช้เครื่อง SEM

 

 

http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/nano/Page/Unit4-5.html

 

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

ติดตาม

Get every new post delivered to your Inbox.