Eines der wichtigsten Instrumente von Materialforschern ist das Elektronenmikroskop. Wie diese Geräte funktionieren, erfahren Sie hier.

Wieso ein Elektronenmikroskop?

Die Auflösung eines Mikroskops ist der minimale Abstand zweier Punkte in der zu untersuchenden Probe, die in der Abbildung noch unterschieden werden können.
Das Auflösungsvermögen steigt mit kleiner werdender Wellenlänge der verwendeten Strahlung.
Die Wellenlänge von sichtbarem Licht liegt bei 400-800 nm, die Wellenlänge von Elektronen ist weit geringer (bei einer Beschleunigungsspannung von 100 kV beträgt sie 3,7*10-3 nm).
Für Elektronen können keine Glaslinsen verwendet werden, wie es bei einem Lichtmikroskop funktioniert. Alle Linsen in einem Elektronenmikroskop sind daher elektromagnetische Linsen.
Um eine andere Vergrößerung einzustellen, muss man nicht wie beim Lichtmikroskop eine andere Linse mit anderer Brennweite einsetzen, sondern lediglich den Linsenstrom verändern. Dadurch verändert sich das Magnetfeld der Linse und die Elektronen werden unterschiedlich stark abgelenkt.
Es gibt zwei Arten von Elektronenmikroskopen: Transmissionselektronenmikroskope (TEM) und Rasterelektronenmikroskope (REM).

Die Funktion des Transmissionselektronenmikroskops

Transmissionselektronenmikroskopie bedeutet, dass eine sehr dünne Probe (im Mikrometerbereich) von Elektronen durchstrahlt wird.
Am Transmissionselektronenmikroskop (TEM) können Hochauflösungs- und Beugungsaufnahmen gemacht werden.
Ist das Mikroskop entsprechend ausgerüstet, können auch EDX- (Energiedispersive Röntgenspektroskopie-) Aufnahmen gemacht werden.
Der größte Teil des Mikroskops ist eine Säule, in der ein Vakuum ist.
Oben in der Säule befindet sich eine Kathode aus Wolfram oder LaB6, die durch Aufheizen oder Anlegen einer Spannung Elektronen aussenden (emittieren).
Mit einer Beschleunigungsspannung, die je nach Modell zwischen 20 und 300 kV betragen kann, werden die Elektronen zum Linsensystem hin beschleunigt.
Der Elektronenstrahl wird von Kondensorlinsen fokussiert und durchdringt dann die Probe. Das entstehende Bild wird von der Objektivlinse und mehreren Projektiv- und Zwischenlinsen vergrößert.
Auf einem Fluoreszenzschirm wird das Bild der Probe abgebildet.
Mit einer Kamera kann man, bei hochgeklapptem Schirm, Fotos von der Abbildung machen.

Die Funktion des Rasterelektronenmikroskops

Das REM wird vor allem zur Untersuchung von Oberflächen benutzt.
Das Vergrößerungsvermögen liegt zwischen 10-fach und 100000-fach.
Die Erzeugung des Elektronenstrahls funktioniert wie im TEM, allerdings liegt die Beschleunigungsspannung bei 10 bis 30 kV.
Der Elektronenstrahl wird mit Ablenkspulen (elektromagnetische Spulen) über die Probenoberfläche geführt (gerastert).
Der Elektronenstrahl tritt in Wechselwirkung mit der Probenoberfläche. Dabei entstehen Signale, die zur Bildgebung dienen.
Auch am REM können, wenn das Gerät entsprechend ausgerüstet ist, EDX-Aufnahmen gemacht werden.


Gruß raffisworld