新世代電子顕微鏡の開発動向
1. 高性能電界放射型電子顕微鏡の普及と応用がますます進んでいます。 電界放射型透過型電子顕微鏡は、高輝度かつ高コヒーレンスな電子光源を提供できます。 そのため、原子の配列や物質の種類を原子ナノメートルスケールで網羅的に解析することができます。 -1990 年代中期、台湾には数十の部隊しかありませんでした。 今ではそれが数千件にまで急増しました。 現在、我が国には100台以上の電界放射型透過型電子顕微鏡があります。 従来の熱タングステンフィラメント（電子）銃走査型電子顕微鏡は、最高でも3.0nmの解像度しか達成できません。 新世代の電界放射型走査型電子顕微鏡は、1.0nm を超える解像度を持つことができます。 解像度は0.5nm-0.4nmと高いです。 その中で、環境走査型電子顕微鏡は次のことを実現できます。実際の「環境」条件。湿度 100% 条件下でサンプルを観察できます。 生体サンプルや非導電性サンプルはコーティングする必要がなく、直接機械に載せて動的観察や分析を行うことができます。 「機械の 3 つの用途」。高真空、低真空、「常圧」の 3 つの動作モード。
2. 電子顕微鏡の解像度をさらに向上させるために、新世代のモノクロメーターと球面収差補正器を開発する努力が払われるべきである。 球面収差係数：従来の透過型電子顕微鏡の球面収差係数Csは約mmです。 現在の透過型電子顕微鏡の球面収差係数は Cs まで低減されています。<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. 電子顕微鏡分析は電子化とネットワーク化に向かって進んでいます。 機器・装置面では、現行の走査型電子顕微鏡のオペレーティングシステムは、まったく新しい操作インターフェースを採用しています。 ユーザーはマウスを押すだけで電子顕微鏡鏡筒や電子部品の制御、各種パラメータの自動記憶・調整を実現します。 ネットワークシステムを介して、異なる領域間で試料の移動、撮像モードの変更、電子顕微鏡パラメータの調整などのデモンストレーションを行うことができます。 電子顕微鏡の遠隔操作を実現するため。
4. ナノマテリアルの研究における電子顕微鏡の重要な応用。 電子顕微鏡の分析精度は原子スケールに近いため、電界放射型透過型電子顕微鏡と直径0.13nmの電子ビームを使用すると、単一のZコントラスト画像を収集できるだけではありません。原子だけでなく、単一原子の損失スペクトルの電子エネルギーも収集します。 つまり、電子顕微鏡は物質の原子と電子の構造情報を原子スケールで同時に取得することができます。 サンプル内の個々の原子画像を観察することは、常に科学界の長期的な追求でした。 原子の直径は百万分の10で約2-3mmです。 したがって、各原子の位置を区別するには、約0.1nmの分解能を持つ電子顕微鏡が必要であり、約10倍に拡大する必要があります。 材料のスケールがナノスケールに縮小されると、材料の光学的、電気的、その他の物理的および機械的特性が独特になる可能性があると予測されています。 したがって、ナノ粒子、ナノチューブ、ナノワイヤなどのナノ材料の調製と、それらの構造と特性の関係の研究は、人々が最も注目する研究のホットスポットとなっています。 電子顕微鏡、一般に200KVを超える超高真空電界放出銃を備えた透過型電子顕微鏡を使用すると、ナノ相やナノワイヤの高解像度電子顕微鏡画像、電子回折パターン、ナノマテリアルの電子エネルギー損失スペクトルを観察できます。 例えば、内径0.4nmのカーボンナノチューブ、Si-CNナノロッド、LiドープSi半導体ナノワイヤーなどを電子顕微鏡で観察しました。 生物医学の分野では、金ナノコロイド技術、ナノセレンヘルスケアカプセル、ナノレベルの細胞小器官構造、細菌と同じくらい小さいナノロボットが血管内の血中濃度を監視し、血液中の血栓を除去します。器はすべての研究であると言えます。 電子顕微鏡とは切り離せない存在です。 つまり、SEM と TEM は、材料科学、特にナノテクノロジーにおいてますます重要になってきています。 安定性と操作性の向上により、電子顕微鏡は一部の専門家が使用する装置ではなく、普及したツールとなりました。 より高い解像度は依然として電子顕微鏡の開発にとって最も重要な方向です。 走査型電子顕微鏡と透過型電子顕微鏡の応用は、特性評価と分析からその場実験とナノ可視加工に発展しました。 集束イオンビーム (FIB) は、ナノ材料の科学研究でますます使用されています。 ナノプロトタイピングのための最も強力なツール。 補正 STEM (Titan) の目標: 2008 年に 0.5 Å 分解能での 3D 構造特性評価。
5. クライオ電子顕微鏡法と三次元再構成技術は、バイオ電子顕微鏡法における現在の研究のホットスポットです。 クライオ電子顕微鏡技術と三次元再構成技術は、バイオ電子顕微鏡における現在の研究のホットスポットです。 主に、巨大分子とその複合体の生物学的三次元構造を決定するためのクライオ電子顕微鏡法（液体ヘリウム冷却ステージでのクライオ電子顕微鏡法の応用も含む）とコンピューター三次元画像再構成技術の使用について説明します。 極低温電子顕微鏡を用いたウイルスの三次元構造の解明や脂質単層膜上での膜タンパク質の二次元結晶の成長とその電子顕微鏡観察・解析など。 構造生物学は、生物世界を体系的な観点から見ると、個体→器官→組織→細胞→生体高分子という異なる階層構造を持っているため、今日人々の高い関心を集めています。 生体高分子は最低レベルにありますが、高レベルのシステム間の違いを決定します。 三次元構造が機能を決定します。 構造は、医薬品の設計、遺伝子組み換え、ワクチンの研究開発、人工タンパク質の構築などの応用の基礎です。構造生物学のブレークスルーが生物学に革命的な変化をもたらすと予測する人もいます。 電子顕微鏡は構造決定の重要な手段の 1 つです。 低温電子顕微鏡の利点は次のとおりです。サンプルは水を含んだ状態であり、分子は自然な状態にあります。 サンプルは放射線によって損傷されているため、観察には低線量技術を使用する必要があります。 観察温度が低いため、サンプルの耐放射線性が高まります。 サンプルをさまざまな状態で凍結して、分子構造の変化を観察できます。 これらの技術により、さまざまな生体サンプルの観察・分析結果をより現実の状態に近づけることができます。
6. 高性能 CCD カメラがますます普及しています。 電子顕微鏡で使用される CCD の利点は、高感度、低ノイズ、および高い S/N 比です。 同じピクセルの下では、CCD イメージングは透明性と鮮明度が優れていることが多く、色の再現と露出は基本的に正確であることが保証されます。 カメラの画像解像度・解像度とはよく言う画素数のことです。 実際のアプリケーションでは、カメラのピクセルが高いほど、キャプチャされた画像の品質が向上します。 同じ写真の場合、ピクセルが高いほど画像を分析する能力は強化されますが、記録されるデータの量ははるかに多くなるため、ストレージ デバイスの要件も大幅に高くなります。 今日の TEM 分野では、新しく開発された製品は完全にコンピューター制御されており、画像の取得は写真フィルムの代わりに高解像度 CCD カメラによって完了します。 デジタル技術のトレンドは、TEM アプリケーション、さらには実験室作業全体のあらゆる面での革命を推進しています。 特に画像処理ソフトに関しては、これまで不可能と思われていたことが数多く現実になりつつあります。
