تاریخچه میکروسکوپ الکترونی و اولین مخترع آن

تاریخچه میکروسکوپ الکترونی از سال ۱۹۳۱ تا ۲۰۰۰

توسعه علم و پیشرفت تکنولوژی در طی سا‌ل‌های گذشته، تاریخچه میکروسکوپ های الکترونی را نیز تحت تاثیر قرار داده است و به علت اهمیت و اثرگذاری این ابزارها در رشد علم، مطالعه در مورد اختراع میکروسکوپ الکترونی، تاریخچه و تحولات آن در این سال‌ها، نیز به یک ضرورت تبدیل شده است. میکروسکوپ الکترونی بر اساس تشکیل تصویر از الکترون‌های دریافتی پس از برخورد و برهم‌کنش با ماده کار می‌کند.

The Principle of the Electron Microscope

در این نوع از میکروسکوپ‌ها، که بر اساس دوگانگی موج-ذره دوبروی کار می‌کنند، الکترون‌ها جایگزین فوتون‌های نور شده‌اند و در نتیجه امکان تهیه تصاویری با دقت و وضوح حدود ۵۰۰۰ برابر بیشتر از میکروسکوپ نوری فراهم شده است. از زمان ساخت اولین نمونه میکروسکوپ الکترونی توسط دانشمندان آلمانی در سال ۱۹۳۱ تا زمان حاضر، با پیشرفت فناوری‌های مختلف، بزرگنمایی آن بیش از دو میلیون برابر ارتقا داده شده است. برای مطالعه بیشتر در مورد چگونگی کارکرد میکروسکوپ الکترونی، اجزای آن، انواع میکروسکوپ الکترونی، کاربرد‌ها و مزایا و معایب آن به مطلب زیر مراجعه نمایید.

اولین نمونه میکروسکوپ الکترونی در سال ۱۹۳۱ توسط دو دانشمند آلمانی، یک فیزیکدان به نام ارنست روسکا (Ernst Ruska) و یک مهندس برق به نام ماکس نول (Max Knoll)، در دانشگاه صنعتی برلین اختراع شد؛ دستاوردی که جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۸۶ را برای روسکا، مخترع میکروسکوپ الکترونی، به ارمغان آورد. این میکروسکوپ که براساس تصویر ایجاد شده از الکترون‌های عبوری از نمونه کار می‌کرد، اولین نمونه از میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری (TEM) و قادر به بزرگنمایی ۴۰۰ برابری تصاویر اجسام بود (شکل ۱).

اختراع اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری

به دنبال پیشرفت‌ میکروسکوپ‌های الکترونی، در سال ۱۹۳۷، مانفرد ون آردن (Manfred Von Ardenne) در برلین موفق به تولید اولین میکروسکوپ روبشی-عبوری شد (شکل ۲). بدین ترتیب، در سال ۱۹۳۸ اولین نمونه تجاری میکروسکوپ TEM توسط روسکا و بودو ون بوریس در شرکت زیمنس ساخته شد و در دهه ۱۹۴۰، روسکا میکروسکوپ الکترونی روبشی را بر اساس متمرکز ساختن پرتو الکترونی روبشی با استفاده از لنزهای الکترومغناطیسی و دریافت الکترون‌های پراکنده شده از سطح نمونه، برای دریافت اطلاعاتی درباره توپوگرافی و ساختار نمونه ساخت.

چه کسی میکروسکوپ الکترونی روبشی را اختراع کرد؟

در دهه ۱۹۵۰ میکروسکوپ‌های الکترونی به سرعت پیشرفت کردند و پیشرفت میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) در آزمایشگاه چارلز اوتلی (Charles Oatley) دانشگاه کمبریج منجر به اختراع میکروسکوپ الکترونی روبشی تجاری برای اولین بار توسط کمبریج اینسترومنتس (Cambridge Instruments) در سال ۱۹۶۵ شد.

How a Scanning Electron Microscope Works

در سال ۱۹۷۳ جان ونابل (John Venable) اولین طرح پراش الکترون‌های پس‌پراکنده‌شده (EBDS) را در میکروسکوپ الکترونی روبشی تهیه نمود و در اوایل سال ۲۰۰۰ تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی با معرفی عدسی‌های اصلاح ابیراهی (Aberration-Corrected Lenses) متحول شد.

امروزه، پیشرفت و ارتقا انواع میکروسکوپ‌های الکترونی برای دستیابی به وضوح و دقت بالاتر در تصاویر و غلبه بر چالش‌های موجود بر سر راه تهیه تصاویر با کیفیت از نمونه‌های مختلف، همچنان ادامه دارد.

نمونه‌های میکروسکوپ الکترونی چگونه لایه نشانی می‌شوند؟

استفاده از دستگاه‌های لایه نشانی برای میکروسکوپ‌های الکترونی

در هنگام استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی، نمونه‌های مورد بررسی توسط میکروسکوپ‌ الکترونی معمولا باید رسانا باشند تا از تجمع بار الکتریکی بر روی سطح نمونه جلوگیری شود. به همین جهت، یکی از روش‌های متداول بررسی نمونه‌های نارسانا، نشاندن لایه‌ نازک از یک فلز رسانا بر روی سطح نمونه است که لایه نشان های میکروسکوپ الکترونی گزینه‌های مناسبی برای انجام این نوع لایه نشانی‌ها هستند.

شرکت پوشش‌های نانوساختار، طراح و سازنده انواع دستگاه‌های لایه نشانی در خلاء می‌باشد که در این زمینه دارای گواهینامه‌هایی بین‌المللی نیز هست. دستگا‌‌ه‌های اسپاترینگ DSR1 و DSCR ساخت شرکت پوشش‌های نانوساختار، مجهز به پمپ روتاری هستند که قابلیت لایه‌نشانی لایه‌های بسیار نازک از فلزات رسانا و کربن به منظور آماده‌سازی نمونه برای آنالیز توسط میکروسکوپ الکترونی را دارند.

همچنین سیستم‌های لایه‌نشانی مگنترون اسپاترینگ خلاء بالا DST1 و لایه‌نشان کربن و اسپاترینگ خلاء بالا DSCT مجهز به پمپ توربو مولکولار، به منظور آماده‌سازی نمونه برای تصویربرداری به روش‌های SEM و FESEM و لایه‌نشانی انواع هدف‌ها هستند. به علاوه، این دستگاه‌ها در صورت نیاز کاربر می‌توانند امکان لایه‌نشانی تبخیر حرارتی و پلاسما کلینر را نیز ارائه دهند که قابلیت آبدوست کردن سطوح و تمیز کردن توری‌های TEM را فراهم می‌آورد.

از دیگر دستگاه‌های ساخت این شرکت، میتوان به سیستم‌های اسپاترینگ سه کاتده DST3 و DST3-T نیز اشاره نمود که امکان لایه‌نشانی همزمان سه هدف از انواع فلزی و غیرفلزی با استفاده از DC و RF اسپاترینگ، لایه‌نشانی تبخیر حرارتی و اعمال پلاسما و امکانات گسترده‌ دیگری را در اختیار کاربران و محققان قرار می‌دهد. در صورت تمایل به آشنایی بیشتر با دیگر محصولات این شرکت به سایت آن مراجعه نمایید.

 منابع

1. https://excite-network.eu/about/history/a-short-history-of-electron-microscopy-in-earth-materials-science/
2. https://www.thermofisher.com/blog/materials/the-history-of-the-electron-microscope/
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope#History
4. https://www.thermofisher.com/blog/materials/the-history-of-the-electron-microscope/
5. https://www.keyence.com/ss/products/microscope/bz casestudy/study/history_development.jsp
6. https://www.vonardenne.biz/en/company/mva/