با توجه به گوناگونی مفاهیم مرتبط با رفتار بین نمونه و الکترون، تکنیک‌های متعددی مرتبط با کار میکروسکوپ الکترونی عبوری وجود دارد. بر این اساس و جهت تصویرسازی در TEM، در ابتدا یک الگو با استفاده از پرتوهای عبوری یا پراکنده شده، که با استفاده از دریچه‌ها انتخاب می‌شوند، تهیه شده و سپس تحت تأثیر عدسی‌های مناسب، به منظور به دست آوردن تصویری با کنتراست بالا قرار می‌گیرد. این فرایند انتخاب پرتو، تکنیک‌هایی مانند اندازه‌گیری‌های میدان روشن و میدان تاریک و تصویربرداری با رزلوشن بالا (HR-TEM) را از یکدیگر تفکیک می‌کند. در این بین، پراش الکترون یکی از مهم‌ترین پدیده‌های است که در میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری و در هنگام بررسی نمونه‌های بلوری اتفاق می‌افتد، که با بررسی آن طیف وسیعی از داده‌ها در مورد ویژگی‌های ساختاری مواد نشان داده خواهد شد.
این مقاله شامل سرفصل‌های زیر است:
1- تصاویر ایجاد شده در میکروسکوپ الکترونی عبوری
1-1- تصاویر زمینه روشن
2-1- تصاویر زمینه تاریک
2- پراش الکترون توسط ماده
3- تکنیک‌های پراش
1-3-الگوهای پراش مواد آمورف و بی نظم
2-3- الگوهای پراش حلقه‌ای مواد پلی‌کریستال
3-3- الگوی پراش نقطه‌ای: الگوی پراش تک بلورها
4-3- پراش الکترونی ناحیه گزینشی (Selected Area Electron Diffraction)
5-3- الگوهای خطوط کیکوچی
4- آمادهسازی نمونه برای TEM
1-4- الکتروپولیش و پولیش شیمیایی
2-4- پولیش مکانیکی
3-4- سایش یونی و اتمی
4-4- اولترامیکروتومی
5-4- استفاده از رپلیکا
نتیجه‌گیری
این مقاله شامل سرفصل‌های زیر است:
1- تصاویر ایجاد شده در میکروسکوپ الکترونی عبوری
1-1- تصاویر زمینه روشن
2-1- تصاویر زمینه تاریک
2- پراش الکترون توسط ماده
3- تکنیک‌های پراش
1-3-الگوهای پراش مواد آمورف و بی نظم
2-3- الگوهای پراش حلقه‌ای مواد پلی‌کریستال
3-3- الگوی پراش نقطه‌ای: الگوی پراش تک بلورها
4-3- پراش الکترونی ناحیه گزینشی (Selected Area Electron Diffraction)
5-3- الگوهای خطوط کیکوچی
4- آمادهسازی نمونه برای TEM
1-4- الکتروپولیش و پولیش شیمیایی
2-4- پولیش مکانیکی
3-4- سایش یونی و اتمی
4-4- اولترامیکروتومی
5-4- استفاده از رپلیکا
نتیجه‌گیری
1- تصاویر ایجاد شده در میکروسکوپ الکترونی عبوری
1-1- تصاویر زمینه روشن
در یک نمونه نازک در آزمون TEM، تعدادی از الکترون‌های اولیه‌ای که به نمونه برخورد می‌کنند، از آن عبور کرده، ولی با این وجود، محدوده زاویه‌ای انتشار برخی از آن‌ها به گونه‌ای است که تحت تأثیر پراکنش الاستیک و غیرالاستیک قرار دارد.
تأثیر دریچه (apreture) جهت دستیابی به تصاویر زمینه روشن این است که الکترون‌هایی را که با هر نوع مکانیزمی تحت زاویه‌های بزرگ‌تر پراکنش یافته‌اند، متوقف می‌کند. هنگامی که دریچه در محور کانونی قرار گرفته و نمونه برداشته شود (در غیاب نمونه)، یک زمینه روشن دیده می‌شود که به عنوان زمینه روشن معروف است. نواحی ضخیم‌تر یا چگال‌تر نمونه نیز پراکنش قوی‌تری داشته و در تصویر به صورت تاریک ظاهر می‌شوند، چرا که روزنه اجازه عبور اینگونه پرتوها را نمی‌دهد. با این نوع تصاویر، کنتراست جرم و پراش در تصاویر ریزساختارهای داخلی به خوبی نمایان می‌شوند. حد خصوصیاتی که توسط این نوع تصاویر قابل تفکیک است، ممکن است تا یک نانومتر هم برسد. لازم به ذکر است که نمونه‌های آمورف، بلورین، بیولوژیک یا فلزی، کنتراست جرم- ضخامت را به گونه‌های مختلف نشان می‌دهند، بنابراین از این نوع تصاویر معمولاً در بررسی حالت‌های بلوری، وضعیت دانه‌ها و نقایص بلوری استفاده می‌شود [2].
مکانیزم کنتراست ناشی از ضخامت- جرم در اغلب میکروسکوپ‌های مورد مصرف در بیولوژی به کار گرفته شده است؛ در این میکروسکوپ‌ها نمونه نازک توسط یک فلز سنگین مانند اسمیوم (osmium) آغشته می‌شود تا بخش‌های خاصی از نمونه که مورد نظر هستند، از جرم بالاتری برخوردار شده و در تصویر از بخش‌های دیگر متمایز شوند [1].
2-1- تصاویر زمینه تاریک
همان‌طور که ذکر شد، در تصاویر زمینه روشن، دریچه شیئی برای متوقف کردن تمامی پرتوهای پراش یافته مورد استفاده قرار می‌گرفت و تنها به الکترون‌های انحراف نیافته اجازه می‌داد تا در ایجاد تصویر مشارکت کنند. در حالت جدید اگر دهانه به گونه‌ای جابه‌جا شود تا برای انتخاب پرتوهای پراش یافته خاص مورد استفاده قرار گیرد، تصویری حاصل می‌شود که به دلیل آنکه در غیاب نمونه، زمینه تاریک باقی می‌ماند، تصویر زمینه تاریک گفته می‌شود. در تصاویر زمینه تاریک از الکترون‌های خاص پراش یافته براگ، برای تشکیل تصویر استفاده می‌شود. در این صورت امکان مرتبط شدن اطلاعات پراش با فازها یا نواحی خاصی از نمونه، امکان‌پذیر می‌شود. مهم‌ترین موارد کاربرد این تصاویر، در کنتراست پراش و مشخص کردن نقایص بلوری است [3].
شکل 1، تصویر زمینه روشن و زمینه تاریک میکروسکوپ الکترونی عبوری کامپوزیت CuCr را نشان می‌دهد.
2- پراش الکترون توسط ماده
تکنیک‌های پراش الکترون، مبنای بسیاری از تحقیقات ماده محسوب می‌شوند. تهیه الگوی پراش و تصاویر از الکترون‌های عبوری با انرژی بالا نیز از اهمیت زیادی در تعیین ساختار بلوری مواد ناشناخته برخوردار است. یک پرتو الکترونی که از میان یک نمونه نازک عبور می‌کند، سه مؤلفه زیر را دارد:
1- پراکنش الاستیک (کشسان) الکترون‌ها
2- پراکنش غیرالاستیک (غیرکشسان) الکترون‌ها
3- الکترون‌هایی که وارد هیچ برهمکنشی با نمونه نمی‌شوند.
1- پراکنش الاستیک (کشسان) الکترون‌ها
2- پراکنش غیرالاستیک (غیرکشسان) الکترون‌ها
3- الکترون‌هایی که وارد هیچ برهمکنشی با نمونه نمی‌شوند.
از آنالیز توزیع فضایی الکترون‌های پراش یافته که به عنوان الگوی پراش الکترون معروف است، می‌توان اطلاعات با ارزشی در مورد نحوه قرارگیری اتم‌ها در نمونه به‌دست آورد.
معادله احتمال پراکنش کشسان نشان می‌دهد که شدت پراکنش کشسان یک اتم خاص، زمانی بیشتر است که زاویه پراکنش (θ) برابر صفر باشد و با افزایش θ، به صورت یکنواخت، شدت پراکنش کاهش می‌یابد. بنابراین انتظار می‌رود که الگوهای پراش مواد جامد با یکدیگر مشابهت‌هایی نشان دهند. البته الگوهای پراش مواد بلورین مختلف با یکدیگر تفاوت‌های زیادی را نیز نشان می‌دهند که به اختصار در مورد آن‌ها بحث خواهد شد.
مقطعی از نمونه بسیار نازکی از یک ماده در شکل 2 نشان داده شده است. برهمکنشی بین یک پرتو الکترونی با یک بلور کامل را، که همه اتم‌های آن در شبکه سیستم مکعبی قرار دارند، در نظر می‌گیریم. اکنون اگر پرتو الکترونی به این نمونه بتابد، توسط برخی از اتم‌های تشکیل‌دهنده به طور کشسان پراکنش می‌یابد.
همان‌طور که در شکل 3 نشان داده شده است، امواج پراکنش یافته‌ای که هم‌فاز باشند، با امواج دیگر تقویت شده و پرتو قوی‌تری از الکترون‌ها را ایجاد می‌کنند، در صورتی که امواج پراکنش یافته ناهم‌فاز، تقویت نخواهند شد. اگر طول مسیر برای هر دو موج پراکنش یافته یکسان باشد یا طول مسیر با عدد صحیحی از طول موج تفاوت پیدا کند، امواج پراکنش یافته هم‌فاز خواهند بود. بنابراین اگر تفاوت مسیر (xy+yz) برابر nλ و n هم یک عدد صحیح باشد، مشخص است که xy+yz=2dsinθ و بنابراین شرایط برای تقویت به صورت زیر است:
رابطه (1) nλ=2dsinθ
به رابطه (1)، قانون براگ گفته می‌شود. در این رابطه d فاصله بین اتم‌هایی است که موجب پراکنش الکترون‌ها می‌شوند که در یک بلور سه‌بعدی، فاصله بین صفحات اتمی است. عدد صحیح n در معادله براگ، نظم پراش است و در یک صفحه به‌خصوص، زمانی پراش رخ می دهد که,…1,2,3=n. باشد. در پراش الکترون مرسوم است که مرتبه اول پراش یا n=1 مورد استفاده قرار می‌گیرد:
رابطه (2) λ=2dsinθ
با توجه به اینکه پراش الکترون‌ها در زوایای کوچکی اتفاق می‌افتد، رابطه sinθ=θ را می‌توان بیان کرد و بنابراین معادله بالا به صورت زیر تبدیل می‌شود:
رابطه (3) λ=2dθ
به دلیل اینکه θ خیلی کوچک است در عمل یک پرتو الکترونی فقط زمانی پراش شدید از صفحات اتمی خواهد داشت که تقریباً موازی با صفحات اتمی حرکت کند. این فاکتور سبب می‌شود که الگوی پراش الکترون‌ها از الگوی پراش پرتوهای ایکس که در آن‌ها θ بزرگ است، ساده‌تر باشد.
برای فهم پراش الکترون‌ها، سیستم عدسی‌هایی که الگوی پراش را بزرگ می‌کنند، نادیده گرفته شده است. هنگامی که پرتویی از الکترون‌ها بر روی یک نمونه بلوری برخورد می‌کند، بعضی از الکترون‌ها بدون برهمکنش از نمونه عبور می‌کنند و به صفحه یا فیلمی که در فاصله L از نمونه در نقطه O قرار دارد، برخورد می‌کند. دیگر الکترون‌ها با زاویه θ توسط سطح بلوری با فاصله d پراش پیدا کرده و این الکترون‌ها در نقطه A به فیلمی که به فاصله r از O قرار دارد، برخورد می‌کنند. با استفاده از قواعد هندسی برای زاویه کوچک پراش می‌توان نوشت:
رابطه (4) r/l=2θ
با ترکیب این رابطه با رابطه (3) رابطه زیر به‌دست می‌آید:
رابطه (5) rd=Lλ یا r/L=λ/d
از آنجا که طول دوربین و طول موج پرتوی الکترونی λ مستقل از نمونه بوده و برای دستگاه ثابت است، Lλ ثابت بوده و ثابت دوربین نامیده می‌شود. می‌توان دید که فاصله نقطه‌ای که توسط پرتو پراشیده بر روی صفحه ایجاد می‌شود تا نقطه‌ای که توسط پرتویی که پراش نکرده است بوجود آمده، r، با فاصله صفحاتی که باعث ایجاد پراش شده‌اند، d، نسبت معکوس دارد.
3- تکنیک‌های پراش
از جمله تکنیک‌های پراش که در TEM معمول‌تر است می‌توان به روش‌های زیر اشاره کرد:
1- الگوهای پراش حلقه‌ای
2- الگوهای پراش نقطه‌ای
3- پراش الکترونی پرتوهای همگرا
4- الگوهای کیکوچی [2].
2- الگوهای پراش نقطه‌ای
3- پراش الکترونی پرتوهای همگرا
4- الگوهای کیکوچی [2].
1-3-الگوهای پراش مواد آمورف و بی نظم
الگوهای پراش الکترونی برای گازها، مایعات و مواد جامد آمورف به صورت هاله‌های پخشیده است. برای فازهایی با چگالی بیشتر نیز نظم اتمی اندکی به صورت آرایه بلوری در نواحی با ابعاد 20-10 انگستروم ممکن است وجود داشته باشد. در این حالت بخشی از الگوی پراش به صورت حلقه‌ای ظاهر می‌شود. حلقه‌های منفرد ممکن است به حدی پهن شوند که همپوشانی پیدا کرده و ظاهر الگو تقریباً همانند نظم و ترتیب تصادفی اتم‌ها شود. در این حالت الگوهای پراش نه به عنوان ساختار بلوری بلکه به عنوان احتمال رخداد فواصل بین اتمی خاص تفسیر می‌شوند [2].
2-3- الگوهای پراش حلقه‌ای مواد پلی‌کریستال
الگوهای پراش حلقه‌ای زمانی ایجاد می‌شوند که تعداد زیادی بلور با جهت‌گیری متفاوت نسبت به باریکه الکترونی تابیده شده، قرار داشته باشند و پراش الکترونی نیز به طور همزمان رخ دهد؛ که در این حالت در بلورشناسی و مشخص کردن مواد ناشناخته کاربرد پیدا می‌کند. در شکل 5 پراش حلقه‌ای نشان داده شده است. شعاع و فاصله حلقه‌ها از یکدیگر در این حالت از فرمول زیر تبعیت می‌کند [2].
رابطه (6) Rd=λL
3-3- الگوی پراش نقطه‌ای: الگوی پراش تک بلورها
اگر صفحات یک بلور تقریباً موازی با پرتو الکترونی قرار گیرند، الکترون‌ها پراش خواهند یافت. بنابراین اگر یک بلور به صورتی جهت‌گیری پیدا کند که چندین مجموعه از سطوح آن موازی با پرتو الکترونی قرار گیرند، الگوی پراشی متشکل از آرایش منظم نقاط نورانی ایجاد خواهد کرد (شکل 6).
اگر نمونه حاوی چندین بلور با جهت‌گیری متفاوت باشد، الگوی پراش پیچیدگی بیشتری خواهد داشت. به دلیل اینکه پراش فقط در صفحات بلوری خاص می‌تواند صورت گیرد، تعداد فواصل d ممکن و بنابراین فواصل r در الگوی پراش محدود بوده و نقاط نورانی به طور تصادفی پراکنده می‌شوند، اما در عوض در حلقه‌هایی با r ثابت قرار می‌گیرند. در این حالت، نقاط نورانی در روی حلقه‌ها به قدری نزدیک به یکدیگرند که حلقه‌ها به صورت پیوسته است. قابل ذکر است که در بحث فوق فرض بر این بوده است که الگوی پراش از کل نمونه به‌دست آمده اما در عمل به‌دست آوردن الگوی پراش از بخش کوچکی از نمونه نیز امکان‌پذیر است. این الگو زمانی ایجاد می‌شود که الکترون‌ها از ناحیه‌ای از تک بلور در نمونه مورد نظر پراش یابند. نقطه مرکزی مربوط به باریکه الکترونی عبوری و دیگر نقاط مربوط به پراش بخش‌هایی از باریکه الکترونی اولیه است. از الگوی پراش نقطه‌ای در تعیین ساختارهای بلوری، جهت‌گیری و نیز شناسایی فازهای ناشناخته استفاده می‌شود [2].
4-3- پراش الکترونی ناحیه گزینشی (Selected Area Electron Diffraction)
پراش الکترونی منبع با ارزشی از داده‌های دقیق است که برای استنتاج اطلاعات قابل اعتماد در بلورشناسی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. البته کیفیت داده‌ها بستگی به نوع نمونه تحت مطالعه، تکنیک‌های آمادهسازی و افت انرژی پرتوها دارد.
پراش الکترونی ناحیه گزینشی از سال 1960 به‌طور وسیعی مورد استفاده قرار گرفت. در پراش الکترونی ناحیه گزینشی، بررسی نمونه با سیستم تابشی تقریباً موازی انجام می‌شود. با قرار دادن دهانه کوچکی در سیستم عدسی میکروسکوپ، در ناحیه‌ای که پراش رخ می‌دهد، الگوی پراش SAED ایجاد می‌شود [2].
5-3- الگوهای خطوط کیکوچی
با افزایش ضخامت کریستال، زمینه الگوی پراش حالتی پیدا می‌کند که مربوط به پراش الکترون‌ها به صورت غیرالاستیک است. شدت الکترون‌هایی که به صورت غیرالاستیک متفرق شده‌اند وابسته به زاویه تفرق می‌شود و حداکثر آن در جهت مستقیم است. در نمونه‌های بلورین برخی از الکترون‌هایی که به صورت غیرالاستیک متفرق شده‌اند، ممکن است دوباره به صورت الاستیک تفرق حاصل کنند و همین باعث می‌شود که خطوط کیکوچی به وجود آیند. بنابراین نقش خطوط کیکوچی و باندهای کیکوچی بیشتر در زمینه الگوهای پراش الکترونی تک بلورها دیده می‌شود و این خطوط، نقش‌های غالب در بلورهای نسبتاً ضخیم هستند. نقاط نورانی پراش یافته و خطوط کیکوچی به خوبی در یک الگوی پراش ممکن است دیده شوند. البته شدت خطوط کیکوچی با زیاد شدن ضخامت نمونه افزایش می‌یابد ولی برعکس، شدت نقاط نورانی پراش یافته با زیاد شدن ضخامت نمونه کاهش می‌یابد (شکل 8) [2].
خطوط کیکوچی به صورت قرینه در دو طرف صفحاتی که موجب پراش شده‌اند، قرار گرفته‌اند و اگر نمونه چرخانده شود، خطوط حرکت می‌کنند، به‌طوری که به‌نظر می‌رسد به صورت ثابت به نمونه متصل شده‌اند. اگرچه خطوط کیکوچی بر اثر چرخش نمونه در عرض الگوی پراش حرکت می‌کنند ولی محل قرارگیری نقاط پراش ثابت باقی می‌ماند. از این خطوط برای تعیین جهت دانه در دو طرف مرزدانه‌های فرعی استفاده می‌شود [1].
4- آمادهسازی نمونه برای TEM
جهت انجام مطالعات ریزساختاری با میکروسکوپ الکترونی عبوری باید ابتدا آماده‌‌سازی‌های لازم بر روی نمونه انجام گیرد. در این راستا باید نمونه به اندازه کافی نازک شود (با ضخامت چند ده نانومتر) که این امر، کار دشواری است.
از دشواری‌های موجود می‌توان به لزوم به‌دست آوردن یک ناحیه نماینده نمونه (یا گاهی یک ناحیه ویژه) با خواص استحکام و دوام کافی برای جابه‌جایی نمونه، حداقل برای بررسی در میکروسکوپ، اشاره کرد. تکنیک‌های آمادهسازی نمونه را می‌توان به دو دسته تقسیم‌بندی کرد؛ تکنیک‌های دسته اول شامل کاهش ضخامت نمونه توسط روش‌های شیمیایی یا مکانیکی تا باقی ماندن یک نمونه نازک است. تکنیک‌های دسته دوم شامل برش نمونه در امتداد صفحات کریستالوگرافی به گونه‌ای است که یک نمونه بسیار نازک تا بخش بسیار نازکی از نمونه حاصل شود [1].
از دشواری‌های موجود می‌توان به لزوم به‌دست آوردن یک ناحیه نماینده نمونه (یا گاهی یک ناحیه ویژه) با خواص استحکام و دوام کافی برای جابه‌جایی نمونه، حداقل برای بررسی در میکروسکوپ، اشاره کرد. تکنیک‌های آمادهسازی نمونه را می‌توان به دو دسته تقسیم‌بندی کرد؛ تکنیک‌های دسته اول شامل کاهش ضخامت نمونه توسط روش‌های شیمیایی یا مکانیکی تا باقی ماندن یک نمونه نازک است. تکنیک‌های دسته دوم شامل برش نمونه در امتداد صفحات کریستالوگرافی به گونه‌ای است که یک نمونه بسیار نازک تا بخش بسیار نازکی از نمونه حاصل شود [1].
1-4- الکتروپولیش و پولیش شیمیایی
متداول‌ترین تکنیک برای نازک کردن مواد هادی الکتریسیته نظیر فلزات وآلیاژها، الکتروپولیش است. اساس این روش قرار دادن نمونه به صورت آند در سلول الکترولیت است. با عبور جریان، نمونه به صورت آند عمل کرده و ضخامت آن کاهش می‌یابد. چناچه ترکیب شیمیایی الکترولیت و ولتاژ کاری مناسب انتخاب شود، نمونه نه تنها نازک‌تر بلکه صاف‌تر هم می‌شود. نهایتاً سوراخی در نمونه به وجود می‌آید و چنانچه نواحی اطراف آن به اندازه کافی صاف باشند (یعنی خوب پولیش شده باشند)، برای مشاهده در TEM به اندازه کافی نازک خواهند بود. در دستگاه‌های الکتروپولیش اتوماتیک معمولاً از نمونه‌های دیسکی شکل به قطر 3mm که لبه‌های ضخیم‌تر آن‌ها، منطقه نازک‌تر مرکزی را تقویت می‌کند، استفاده می‌شود. این دیسک‌ها مستقیماً در نمونه‌گیر میکروسکوپ قرار می‌گیرند. معمولاً لازم است که نمونه‌های نازکی که تهیه شده‌اند با دیسک‌های مشبک 3mm ساخته شده از مس یا سایر موادی که با آنالیز تداخل نمی‌کنند، تقویت شوند.
اصلی‌ترین محدودیت الکتروپولیش، عدم توانایی آن در مقابل مواد غیرهادی است. بنابراین نازک کردن شیمیایی با استفاده از مخلوط اسیدها، بدون اعمال پتانسیل، غالباً برای سرامیک‌ها، شیشه‌ها و نیمه‌هادی‌ها به‌کار می‌رود [1].
اصلی‌ترین محدودیت الکتروپولیش، عدم توانایی آن در مقابل مواد غیرهادی است. بنابراین نازک کردن شیمیایی با استفاده از مخلوط اسیدها، بدون اعمال پتانسیل، غالباً برای سرامیک‌ها، شیشه‌ها و نیمه‌هادی‌ها به‌کار می‌رود [1].
2-4- پولیش مکانیکی
اغلب نمونه‌های TEM، در اولین مرحله فرایند نمونه‌سازی، به صورت مکانیکی ساییده یا پولیش می‌شوند. ساییدن معمولاً با استفاده از کاغذهایی که لایه‌ای از ذرات سخت (غالباً SiC) روی یک طرف آن‌ها چسبانده شده است، صورت می‌گیرد.
این ورق‌های سمباده بر مبنای اندازه ذرات، از کسری از میلیمتر تا چند میکرون درجه‌بندی شده‌اند. این کاغذهای سمباده روی صفحه چرخانی که کمی آب جهت روانسازی بر روی آن جریان دارد، نصب می‌شود. نمونه می‌تواند با چسب یا موم ترموپلاستیک روی پایه مخصوصی نصب شود تا نرخ نازک کردن آن، کنترل شود. نمونه ابتدا با کاغذ سمباده خشن، صاف شده و در مراحل بعدی با کاغذ سمباده‌های نرم‌تر، خسارت وارد شده بر نمونه توسط مرحله قبل برطرف می‌شود. برای آخرین مرحله پولیش از پودر الماسه با اندازه یک میکرون یا کمتر، به صورت معلق در روغن یا آب نصب شده بر روی فیلم پلاستیکی، استفاده می‌شود. می‌توان با روش‌های مکانیکی- شیمیایی پولیش ظریف‌تری هم انجام داد. برای این کار غالباً از مخلوط کلوئیدی ذرات معلق سیلیکا در مایع قلیایی استفاده می‌شود.
روش‌های مختلفی بر پایه این فرایند وجود دارد. این تکنیک به‌طور گسترده‌ای برای تهیه نمونه‌هایی از مقاطع نیمه‌هادی‌ها به کار می‌رود [1].
3-4- سایش یونی و اتمی
چنانچه پرتویی از یون‌ها یا اتم‌های پرانرژی به یک نمونه تابانده شود، احتمال بیرون انداختن اتم‌های نمونه وجود دارد. این فرایند که کندوپاش (sputtering) نامیده می‌شود، می‌تواند برای نازک کردن نمونه به کار رود. معمولاً از دو نوع تفنگ برای نازک کردن نمونه‌های TEM استفاده می‌شود، تعدادی از این تفنگ‌ها از گاز (معمولاً آرگون) استفاده می‌کنند و در برخی از تفنگ‌های یونی نشر میدانی، از گالیم مایع استفاده می‌شود.
4-4- اولترامیکروتومی
اولترامیکروتومی، دستگاه برش‌زنی ظریفی است که به عنوان دستگاه مورداستفاده برای مقطع‌زنی بافت‌ها جهت بررسی در میکروسکوپ بیولوژِکی، توسعه یافته است. در اولترامیکروتومی نمونه‌ای با سطح کمتر از 1mm× 1mm که کاملاً ثابت شده است، از مقابل یک کارد با شیشه یا الماس ثابت عبور می‌کند (شکل 9).
این روش را می‌توان علاوه بر مقاطع بافت، برای بسیاری دیگر از نمونه‌ها نیز به‌کار برد. این روش به صورت گسترده‌ای برای تهیه نمونه‌های پلیمری برای TEM به کار می‌رود و استفاده از آن برای نمونه‌های فلزی رو به افزایش است. به منظور تثبیت نمونه در حین برش، در بسیاری از موارد لازم است تا نمونه در رزین قرار داده شود. بنابراین ممکن است تهیه یک مقطع نازک زمان نسبتاً زیادی بگیرد [1].
این روش را می‌توان علاوه بر مقاطع بافت، برای بسیاری دیگر از نمونه‌ها نیز به‌کار برد. این روش به صورت گسترده‌ای برای تهیه نمونه‌های پلیمری برای TEM به کار می‌رود و استفاده از آن برای نمونه‌های فلزی رو به افزایش است. به منظور تثبیت نمونه در حین برش، در بسیاری از موارد لازم است تا نمونه در رزین قرار داده شود. بنابراین ممکن است تهیه یک مقطع نازک زمان نسبتاً زیادی بگیرد [1].
5-4- استفاده از رپلیکا
روش دیگری که برای بررسی نمونه‌های بیولوژیکی و غیربیولوژیکی در TEM وجود دارد شامل تهیه رپلیکا از سطح نمونه است. به جای اینکه تمام نمونه تا حد شفافیت در مقابل الکترون، نازک شود می‌توان این کار را با نشاندن یک لایه نازک از کربن (یا چند ماده دیگر) در خلأ انجام داد. کربن اتمی را می‌توان از به‌وجود آوردن قوس الکتریکی بین دو میله کربنی یا کندوپاشی از یک بلوک کربنی، به دست آورد. کربن اتمی که به این صورت تولید شده، روی تمام سطوح محفظه خلأ که در دید مستقیم منبع باشد، از جمله نمونه، نشانده می‌شود. پس از تشکیل یک لایه نازک، این فرایند متوقف می‌شود. می‌توان با تقسیم این لایه به قطعات حدود 1 میلیمتر مربع یا بزرگ‌تر و شناور کردن آن در مایع، آن را از سطح نمونه جدا کرده و برای بررسی در یک میکروسکوپ، روی نگهدارنده قرار دارد. با اختلاف ضخامت کربن نشانده شده روی سطوح مختلف یا با لایه‌نشانی مجدد یک فلز سنگین (نظیر پلاتین) تحت زاویه نسبت به سطح، می‌توان ساختار نمونه را آشکار کرد. این تکنیک برای میکروسکوپ پروبی روبشی که سطوح را سریع‌تر، دقیق‌تر و مستقیماً بررسی می‌کند، تقریباً به صورت کامل کنار گذاشته شده است، اما رپلیکای استخراجی که از مشتقات این روش است هنوز به صورت گسترده‌ای استفاده می‌شود. اگر نمونه حاوی ذرات ریز فاز ثانویه قابل آشکار شدن توسط اچ باشد، می‌توان این ذرات را با استفاده از نمونه بر روی رپلیکا استخراج کرد. بنابراین رپلیکای استخراجی حاوی اطلاعاتی درباره اندازه، شکل و توزیع ذرات در نمونه اصلی خواهد بود [1].
نتیجه‌گیری
در مقاله حاضر به بررسی نحوه تصویرسازی و استنتاج نتایج در میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری پرداخته شده است. بر این اساس، جهت تصویرسازی از روش‌های تصاویر زمینه روشن و تصاویر زمینه تاریک استفاده می‌شود. همچنین جهت بررسی نتایج مربوط به الکترون‌های پراش یافته، از الگوهای پراش متفاوت استفاده می‌شود. از سوی دیگر نیز باید برای دستیابی به نتایج مطلوب، نمونه مورد بررسی تحت شرایط آمادهسازی اولیه قرار گیرد که این تکنیک‌ها در دو دسته قرار می‌گیرند: تکنیک‌های دسته اول شامل کاهش ضخامت نمونه توسط روش‌های شیمیایی یا مکانیکی تا باقی ماندن یک نمونه نازک است، و تکنیک‌های دسته دوم شامل برش نمونه در امتداد صفحات کریستالوگرافی به گونه‌ای است که یک نمونه بسیار نازک تا بخش بسیار نازکی از نمونه حاصل شود.
منابـــع و مراجــــع
۱ – پیروز مرعشی، سعید کاویانی، حسین سرپولکی و علیرضا ذوالفقاری، اصول و کاربرد میکروسکوپ¬های الکترونی و روش¬های نوین آنالیز ابزار شناسایی دنیای نانو، چاپ اول، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1383.
۲ – مرتضی رزم آرا، مبانی و کاربرد میکروسکوپ¬های الکترونی و روش¬های آنالیز پیشرفته، مشهد، ارسلان، 1384.
۳ – X. Sauvage, P. Jessner, F. Vurpillot, R. Pippan, a Mater 58 (2008) 1125-1128.
۴ – http://homepages.abdn.ac.uk/j.skakle/pages/cdiff/indexx.htm.
۵ – http://www.ammrf.org.au/myscope/tem/background/concepts/imagegeneration/diffractionimages.php.
۶ – http://www.nanoclub.ir/index.php/articles/show/133.
