DIY扫描电子显微镜

maychang

DIY扫描电子显微镜 [复制链接]

转自果壳网。原标题《厉害炸了！一个自制扫描电子显微镜的人》。有删节，有修改。

一个名叫Ben Krasnow的工程师自己做了一个扫描电子显微镜！这可是电子显微镜啊，绝对不是摆弄几个玻璃镜片就能搞定的事情，简直是有史以来最难的DIY项目了……
下面这位就是作者，以及他自己做的电镜：

玻璃罩子里面的是核心部件，其他那些大坨的东西是真空泵和电源，另外因为泵在工作时会过热，所以他还加了冷却。
主体部分特写：

这东西花了他大约100小时时间，制作期间所有的周末全都一心扑在做电镜上。至于花费嘛，大约是1500刀。
这电镜到底是怎么做出来的？
首先，我们会在图上看到一个钟形的玻璃罩子，这是用来隔绝空气的。电子显微镜要在真空环境下工作，因此Krasnow用这个的罩子罩住了所有的关键部件，然后接上泵给内部抽真空。
罩子里面都有什么呢？首先我们会看到一根直立的铜管，在铜管的上方，是他自己制作的“电子枪”，也就是发射电子的源头。

电子枪的关键部件是一个纤细的钨丝，把钨丝通电加热到高温（2800K左右），它就可以发射电子。
这些电子会替代光学显微镜的光束来进行成像，但它们还不能直接用来照射样品。现在的电子束还比较散，而扫描电镜需要非常集中的电子束。所以接下来要经过的部件是汇聚电子束的“透镜”。可以简单理解为类似光学透镜那样，但是当然原理是不同的，实际上汇聚电子束用的是磁透镜。

经过了透镜之后，电子束会“扫描”样品的表面。接下来，要检测的一个重要的对象是样品表面发出的“二次电子”，这些二次电子能很好地体现物体的表面结构。
在这个DIY电镜中，放样品的地方如下图所示：

接下来，就要收集样品的信号了，在下图中指出的右边这一坨就是一个检测器。首先它需要用高电压把需要检测的电子们都吸引过来，轰击闪烁体产生闪光，并经过光导管、光电倍增管，最终变成放大的电信号。



最终，他把这些信号显示在了示波器的荧光屏上。

(很普通的双通道模拟示波器。maychang注)
最终结果如何呢？就是下面这个样子：

（这一坨据说是个项链）
作者本人也承认，这个DIY电镜无论是分辨率还是放大倍数，其实都还远远不能与市面上的产品相比。他在示波器上显示的，也只是一些结构简单的图像而已。
但是说实话，他能够成功地把它做出来，还能用，这已经非常非常厉害了！
顺便说，这个人平时也会用电镜（当然这回是成熟产品了）拍一些有意思的东西，比如下面这个黑胶唱片与唱针的动图就是他的作品：

汤权

厉害了

PowerAnts

这个有意思, 最后那一张, 发烧友们看到黑胶片的音槽像狗啃出来的, 不哭死才怪

maychang

PowerAnts 发表于 2017-2-22 16:56
这个有意思, 最后那一张, 发烧友们看到黑胶片的音槽像狗啃出来的, 不哭死才怪

实际音槽就是这个样子。我手里还有两张慢转密纹唱片，用工具显微镜就可以看到。
仔细看，可以看出音槽的两侧壁并不相同。这实际上是立体声的两个声道。

PowerAnts

maychang 发表于 2017-2-22 17:13
实际音槽就是这个样子。我手里还有两张慢转密纹唱片，用工具显微镜就可以看到。
仔细看，可以看出音槽的 ...

是的, 拾音器的两个换能器也是分别垂直的, 而且与垂线都呈45度角

yjtyjt

看样子也是费了不少功夫。

一个小白

哇！好厉害！

童心老叟

能把扫描电镜说的这么浅显易懂，不简单！
图四中的聚光镜、物镜叫做电磁透镜，焦点汇聚部分称之为“极靴”
当然作者更厉害！

maychang

童心老叟 发表于 2018-12-12 16:09
能把扫描电镜说的这么浅显易懂，不简单！
图四中的聚光镜、物镜叫做电磁透镜，焦点汇聚部分称之为“极靴” ...

gmchen老师在“聊聊”版面贴了几幅老仪器照片，其中有部示波器。示波器中为使电子束会聚，也要使用电磁透镜。整个控制电子束的技术，当时称为“电子光学”。