تبلیغات
وبسایت تخصصی متالورژی - میكروسكوپ
جمعه 17 مهر 1388  10:15 ب.ظ

با توجه به گسترش روز افزون میکروسکوپها در شاخه‌های مختلف علوم پزشکی و صنعت هر روزه شاهد پیشرفتهای مختلف در صنعت میکروسکوپها می‌باشیم. این پیشرفتها شامل پیشرفت سیستم، طراحی اجزای مکانیکی ، پایداری، استحکام و راحتی در استفاده از آنها می‌باشد.
در طول قرن هیجدهم میکروسکوپ در زمره وسایل........................

         بقیه در ادامه مطلب........

دید کلی

میکروسکوپ (از یونانی μικρόσκοπεῖν) یا «بس ریزبین» دستگاهی است که برای دیدن اجسامی که با چشم مسلح دیده نمی‌شوند بکار می‌رود.  با توجه به گسترش روز افزون میکروسکوپها در شاخه‌های مختلف علوم پزشکی و صنعت هر روزه شاهد پیشرفتهای مختلف در صنعت میکروسکوپها می‌باشیم. این پیشرفتها شامل پیشرفت سیستم، طراحی اجزای مکانیکی ، پایداری، استحکام و راحتی در استفاده از آنها می‌باشد.
در طول قرن هیجدهم میکروسکوپ در زمره وسایل تفریحی به شمار می‌آمد. با پژوهشهای بیشتر پیشرفتهای قابل توجهی در شیوه ساختن عدسی شئی حاصل شد. بطوری که عدسی‌های دیگر بصورت ذره‌ بینهای معمولی نبودند بلکه خطاهای موجود در آنها که به کجنمایی معروف هستند، دفع شده‌اند و آنها می‌توانستند جرئیات یک شی را دقیقا نشان دهند. پس از آن در طی پنجاه سال، پژوهشگران بسیاری تلاش کردند تا بر کیفیت و مرغوبیت این وسیله بیافزایند. بالاخره ارنست آبه توانست مبنای علمی میزان بزرگنمایی میکروسکوپ را تعریف کند.
بدین ترتیب میزان بزرگنمایی مفید آن بین ۵۰ تا ۲۰۰۰ برابر مشخص شد. البته می‌توان میکروسکوپ‌هایی با بزرگنمایی بیش از ۲۰۰۰ برابر ساخت. مثلاً قدرت عدسی چشمی را بیشتر کرد. اما قدرت تفکیک نور ثابت است و درنتیجه حتی بزرگنمایی بیشتر می‌تواند دو نقطه از یک شی را بهتر تفکیک کند. هر چه بزرگنمایی شی افزایش یابد به میزان پیچیدگی آن افزوده می‌شود. بزرگنمایی شی در میکروسکوپهای تحقیقاتی جدید معمولاً ۳
X، ۶X، ۱۰X، ۱۲X، ۴۰X و ۱۰۰X است. در نتیجه بزرگنمایی در این میکروسکوپ بین ۱۸ تا ۱۵۰۰ برابر است. چون بزرگنمایی میکروسکوپ نوری بدلیل وجود محدودیت پراش از محدوده معینی تجاوز نمی‌کند برای بررسی بسیاری از پدیده‌هایی که احتیاج به بزرگنمایی خیلی بیشتر دارند مفید است. تحقیقات بسیاری صورت گرفت تا وسیله دقیق تری با بزرگنمایی بیشتر ساخته شود. نتیجه این پژوهشها منجر به ساختن میکروسکوپ الکترونی شد.

 

 تاریخچه میکروسکوپی

اولین میکروسکوپ­­ها در قرن هفدهم ساخته شدند. احتمالاً مؤثرترین آنها توسط Leeuwenhoek ساخته شد که به صورت شیشه­های کوچک نصب شده در یک صفحه فلزی بود که نزدیک چشم نگه داشته شده و در شرایط روشنایی مناسب، قادر به نشان دادن جزئیاتی در حد mm 1 بودند.

انواع دیگر میکروسکوپ­های اولیه تصویر واضحی فراهم نمی­کردند تا قرن نوزدهم که میکروسکوپ­های ترکیبی، به برتری تکنیکی نسبت به میکروسکوپ­های تک­لنزی دست یافتند. استفاده از میکروسکوپ­های ترکیبی ساده­تر بود و به واسطه پیشرفت در تکنولوژی طراحی، قدرت تفکیک بهبود یافته و نقایص عدسی­ها کاهش یافت. در سال 1876 تئوری تشکیل تصویر Abbé نشان داد که طول موج نور، محدودیتی در حدود mm 2/0 بر قدرت تفکیک اعمال می­نماید. در این مرحله، دستگاه تقریباً در حد کمال خود بود واز 1900 به بعد بیشتر پیشرفت­ها، عمدتاً در تکنیک­های استفاده، روش­های روشنایی و راههای بهبود کنتراست بوده است.

در سال 1900 امکان دیگری نیز به وجود آمد به طوریکه الکترون­ها می­توانستند در مسیرهای غیرمستقیم هدایت شده و بنابراین در تشکیل تصاویر بزرگنمایی شده، مورد استفاده قرا رگیرند.

تئوری موجی الکترون­ها بعدها به همراه تئوری Abbé برای محاسبه محدودیت قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی به کار رفت که به دلیل طول موج بسیار کوتاهتر الکترون­ها، بسیار بهتر از قدرت تفکیک میکروسکوپ نوری است. تا سال 1950 توسعه میکروسکوپی الکترونی بر بهبود تکنیکی دستگاه متمرکز شده بود ولی بعد از آن پیشرفت­ها بیشتر به سمت توسعه روش­های استفاده بر مبنای درک واکنش بین الکترون­ها و نمونه و همچنین روش­های تشکیل تصویر ادامه یافت.

بروگلی (Louis de Broglie) در سال 1925 برای اولین بار تئوری خصوصیات موجی الکترون­ها که طول موجی به مراتب کمتر از طول موج مرئی دارند را ارائه نمود. سپس در سال 1927 دیویسون (Davisson) و گرمر (Germer) و همچنین تامپسون (Thompson) و رید (Reid) به طور مستقل آزمایشات کلاسیک تفرق الکترونی را انجام دادند که نشان دهنده طبیعت موجی الکترون­ها بود. اندکی بعد، ایده میکروسکوپ الکترونی ارائه گردید و این عبارت برای اولین بار در مقاله نول (Knoll) و راسکا (Ruska) در سال 1932 مطرح شد. این محققین توانستند در این مقاله، آنها ایده عدسی­های الکترونی را به عمل درآورند و تصاویر الکتورنی به دست آمده از چنین دستگاهی را ارائه نمودند. این یک مرحله بسیار مهم و تعیین کننده بود که بالاخره منجر به اختصاص جایزه نوبل به راسکا در سال 1986 گردید. یک سال پس از انتشار این مقاله، قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی از میکروسکوپ­های نوری پیشی گرفت.

راسکا اعتراف کرد که چیزی درباره ایده­های بروگلی در مورد امواج الکترونی نشنیده و تصور بر آن داشته که محدودیت طول موج در مورد الکترون­ها اعمال نمی­گردد. تئوری موجی الکترون بعدها به همراه تئوری Abbé برای محاسبه محدودیت قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی به کار گرفته شد که به دلیل طول موج بسیار کوتاهتر الکترون­ها، بسیار بهتر از قدرت تفکیک میکروسکوپ نوری است. چهار سال بعد میکروسکوپ­های الکترونی عبوری (TEM) توسط شرکت­های تجاری ارائه شدند. اولین میکروسکوپ­های الکترونی عبوری تجاری توسط EM1. Metropolitan-Vickers در سال 1936 در انگلستان ساخته شد ولی ظاهراً چندان خوب کار نمی­کرد. اما تولید این نوع میکروسکوپ­ها در سال 1939 توسط زیمنس (Siemens) و هالسک (Halske) در آلمان شروع شد. پس از جنگ جهانی دوم میکروسکوپ­های TEM توسط منابع دیگر

 (Hitachi, JEOL, Philips, RCA, Interalia) به تعداد زیاد ساخته شد.

مهم­ترین تحول برای دانشمندان مواد در اواخر دهه چهل اتفاق افتاد، به این ترتیب که در سال 1949 هایدنریش (Heidenreich) برای اولین بار فویل­هایی (foils) فلزی را تا حد شفافیت برای الکترون­ها (electron transparency) نازک کرد. این کار توسط بولمن (Bollman) در سوئیس و هیرش (Hirsch) و همکارانش در کمبریج انگلیس دنبال شد. از آنجا که قسمت عمده­ای از بررسی­های اولیه توسط TEM بر روی نمونه­های فلزی انجام شد، کلمه "فویل" به صورت معادل "نمونه" درآمد. تا سال 1950 توسعه میکروسکوپی الکتورنی بر بهبود تکنیکی دستگاه متمرکز شده بود ولی بعد از آن، پیشرفت­ها بیشتر مربوط به توسعه روشهای استفاده بر مبنای درک واکنش بین الکترون­ها و نمونه و روشهای تشکیل تصویر بوده است. تا سال 1960 ترکیب میکروسکوپ­های نوری و الکترونی تمام محدوده بزرگنمایی مورد نیاز برای مطالعه دنیای سوپر اتمی را پوشش داد ولی هنوز محدودیت­های زیادی در استفاده از آنها وجود از جمله محدودیت عمق میدان میکروسکوپ نوری داشت و این واقعیت که میکروسکوپ الکترونی معمولی که استفاده چندانی در حالت انعکاسی نداشت و تقریباً به طور کامل به بررسی نمونه­های بسیار نازک که به روشهای خاص تهیه می­شدند، منحصر می­شد. توانایی­های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) این فاصله را پر کرد و امکانات جدیدی را نیز فراهم نمود. نکته جالب توجه در جدول زیر تشابه توالی مراحل توسعه هر نوع میکروسکوپ­ است با این تفاوت که در مورد میکروسکوپی الکترونی روبشی طی این مراحل از چند دهه به چند سال، کوتاهتر شده است.

گروه کمبریج تئوری "کنتراست پراش الکترونی" را توسعه داد که امروزه شناسایی (اغلب به صورت کمّی) همه عیوب کریستالی شناخته شده خطی و صفحه­ای در تصاویر TEM به کمک آن، صورت می­گیرد. این کار تئوری به صورت یک متن اساسی خلاصه شد (Hirsch et al (1997)) که غالباً به عنوان انجیل TEM به آن اشاره می­شود. توماس (Thomas) امریکایی یکی از دانشمندان رشته مواد است که پیشرو استفاده از TEM میباشد که نتایج کار خود را در کتاب خود (Thomas (1962)) در سال 1962 ارائه نمود. بعدها متون تخصصی دیگری نیز در مهندسی مواد نظیر Edington (1976) و Thomas and Goringe (1976) منتشر شد.

امروزه میکروسکوپ­های الکترونی عبوری، TEM، به عنوان مؤثرترین و انعطاف­پذیرترین ابزار برای بررسی خصوصیات مواد مطرح هستند. کتابهای مختلفی Marton (1968)) و (Hawkes (1985) به تاریخچه و سیر تحول TEM پرداخته­اند. کتاب Fujita (1986) نیز به مشارکت ژاپن در توسعه این دستگاه پرداخته است. این حوزه از علم امروز به مرحله­ای رسیده است که پیشگامان آن خاطرات خود را به رشته تحریر درآورده­اند و یا در بزرگداشت این متخصصین کتابی منتشر شده است، برای مثال Cosslatt (1979) و Ruska (1980) و Hashimoto (1986). در این متون، مشارکت این پیشگامان طی دهه­های متوالی و همچنین مجموعه­ای از کارهای انجام شده در این زمینه، ارائه شده­اند. مطالعه کتابهای پنجاه سال پراش الکترونی ویرایش Goodman (1981) و پنجاه سال تفرق پرتو X ویرایش شده توسط Ewald (1962) به علاقه­مندان تاریخ علم، توصیه می­شود.

 

 مراحل توسعه تکنولوژی یک میکروسکوپ­

مرحله

تاریخچه شاخص (به طور تقریبی)

میکروسکوپ­ نوری

میکروسکوپ­ الکترونی مستقیم

میکروسکوپ­ الکترونی روبشی

1- ایده و فکر (ایده هندسی) میکروسکوپ­، بدون نقایص و بدون محدودیت بزرگنمایی، تعیین حد کارآیی توسط تکنولوژی موجود

1600

1900

1935

2- مراحل اولیه توسعه

1870-1800

1950-1932

1955-1945

3- درک پایه­ای

1875

1935

1955

4- تولید تجاری

1800

1940

1965

5- بهبودهای بیشتر در طراحی

1900-1875

1960-1950

ادامه دارد

ادامه دارد

6- تکنیک­های بهتر بهره­وری

1960-1930

ادامه دارد

ادامه دارد

 




  • آخرین ویرایش:-