1. Введение в просвечивающую электронную микроскопию
1.1 Какие материалы изучаются в ПЭМ?
Материаловеды традиционно изучают металлы, керамические, полимерные, полупроводниковые материалы и композиты на их основе, а также несколько реже дерево, текстиль и бетоны. В добавок к утонению их из объемного состояния, частицы и волокна некоторых материалов так же могут быть исследованы в их исходной форме, т.к. они бывают достаточно тонкими для непосредственного их изучения в ПЭМ без особой предварительной пробоподготовки. К тому же нанотехнологии, которые могут быть определены как "возможность понимания и контроля вещества с характерными размерами структурных элементов от 1 до 100 нм, где наблюдаются уникальные эффекты, определяемые большим вкладом поверхностной энергии, для новых применений".
При создании наноматериалов, они могут иметь 1D, 2D и 3D пространственные ограничения, и с точки зрения их исследования, измерения и манипулирования, ПЭМ является наиболее подходящим инструментом. Можно привести несколько примеров одномерных, двумерных и трехмерных структур которые могут быть исследованы с помощью ПЭМ: например графеновые слои или квантовые ямы, нанотрубки и нанопровода, квантовые точки, наночастицы. Мы можем исследовать их в ПЭМ без какой либо модификации, т.к. 1D структуры всегда достаточно тонки для непосредственного наблюдения; 2D наноматериалы, включая поверхности, и комплексные 3D наноматериалы которые можно разделить по типам многослойные, полупроводниковые устройства, функциональные материалы и нанопористые структуры такие как каталитически-активные частицы. В конце необходимо отметить быстрый рост на границе между нано- и био-объектами. Несмотря на то, что роль ПЭМ в исследовании биологических объектах была смещена менее разрушающими методами анализа, такими как конфокальная, двухфотонная, многофотонная и микроскопия ближнего поля, основная часть исследований в биоматериалах, границах раздела между неорганическими и биологическими объектами и нано-биоматериалах все еще производится с помощью ПЭМ.
1.2 Почему мы используем электроны?
Исторически, развитие ПЭМ было вызвано ограничениями в разрешении изображений, получаемых с помощью световой микроскопии, которое определяется длиной волны видимого света. Только после того, как электронные микроскопы были разработаны, пришло понимание того, что есть еще много других не менее веских причин для использования электронных микроскопов, большинство из которых используются в некоторой степени и в современных ПЭМ. В качестве введения в тему, давайте посмотрим на то, как ПЭМ были разработаны, а также на плюсы и минусы использования такого инструмента.
