دانلود مقاله میکروسکوپ

میکروسکوپ (از یونانی μικρόσκοπεῖν) یا «بس ریزبین» دستگاهی است که برای دیدن اجسامی که با چشم مسلح دیده نمی‌شوند بکار می‌رود.

[ویرایش] سیر تحولی و رشد در طول قرن هیجدهم میکروسکوپ در زمره وسایل تفریحی به شمار می‌آمد.

با پژوهشهای بیشتر پیشرفتهای قابل توجهی در شیوه ساختن عدسی شئی حاصل شد.

بطوری که عدسی‌های دیگر بصورت ذره‌ بینهای معمولی نبودند بلکه خطاهای موجود در آنها که به کجنمایی معروف هستند، دفع شده‌اند و آنها می‌توانستند جرئیات یک شی را دقیقا نشان دهند.

پس از آن در طی پنجاه سال، پژوهشگران بسیاری تلاش کردند تا بر کیفیت و مرغوبیت این وسیله بیافزایند.

بالاخره ارنست آبه توانست مبنای علمی میزان بزرگنمایی میکروسکوپ را تعریف کند.بدین ترتیب میزان بزرگنمایی مفید آن بین ۵۰ تا ۲۰۰۰ برابر مشخص شد.

البته می‌توان میکروسکوپ‌هایی با بزرگنمایی بیش از ۲۰۰۰ برابر ساخت.

مثلاً قدرت عدسی چشمی را بیشتر کرد.

اما قدرت تفکیک نور ثابت است و درنتیجه حتی بزرگنمایی بیشتر می‌تواند دو نقطه از یک شی را بهتر تفکیک کند.

هر چه بزرگنمایی شی افزایش یابد به میزان پیچیدگی آن افزوده می‌شود.

بزرگنمایی شی در میکروسکوپهای تحقیقاتی جدید معمولاً ۳X، ۶X، ۱۰X، ۱۲X، ۴۰X و ۱۰۰X است.

در نتیجه بزرگنمایی در این میکروسکوپ بین ۱۸ تا ۱۵۰۰ برابر است.

چون بزرگنمایی میکروسکوپ نوری بدلیل وجود محدودیت پراش از محدوده معینی تجاوز نمی‌کند برای بررسی بسیاری از پدیده‌هایی که احتیاج به بزرگنمایی خیلی بیشتر دارند مفید است.

تحقیقات بسیاری صورت گرفت تا وسیله دقیق تری با بزرگنمایی بیشتر ساخته شود.

نتیجه این پژوهشها منجر به ساختن میکروسکوپ الکترونی شد.

[ویرایش] انواع میکروسکوپ از نظر نوع آشکارساز میکروسکوپ‌ های الکترونی میکروسکوپ الکترونی روبشی میکروسکوپ الکترونی عبوری میکروسکوپ نوری میکروسکوپ نوری عبوری میکروسکوپ نوری بازتابی میکروسکوپ‌های پراب پویشی میکروسکوپ نیروی جانبی میکروسکوپ نیروی اتمی میکروسکوپ نیروی مغناطیسی میکروسکوپ تونلی پویشی میکروسکوپ میدان نزدیک نوری میکروسکوپ ولتاژ پویشی [ویرایش] انواح میکروسکوپ از نظر ساختمان داخلی میکروسکوپ ساده میکروسکوپ مرکب میکروسکوپ الکترونی: به دسته‌ای از میکروسکوپ‌ها گفته می‌شود که از اشعه الکترونی برای تصویرسازی استفاده می‌کنند.

[ویرایش] تاریخچه میکروسکوپ الکترونی نوعی میکروسکوپ مرکب است.

اولین میکروسکوپ مرکب، احتمالاً در سالهای ۱۶۰۰ میلادی توسط دو نفر هلندی به نام هانس و زاکاریاسن ساخته شد.

درسال ۱۸۷۳ ارنست آبه ثابت کرد که برای تشخیص دقیق دو ذره نزدیک به هم، طول موج نور نباید بیشتر از دو برابر فاصله دو ذره از یکدیگر باشد.

در سال ۱۹۳۹ اولین میکروسکوپ الکترونی ساخته شد.

[ویرایش] انواع میکروسکوپ الکترونی روبشی میکروسکوپ الکترونی عبوری میکروسکوپ الکترونی روبشی از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد پرش به: ناوبری, جستجو یک میکروسکوپ الکترونی روبشی میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM نوعی میکروسکوپ الکترونی است که قابلیت عکس‌برداری از سطوح با بزرگنمایی ۱۰ تا ۱۰۰۰۰۰ برابر با قدرت تفکیکی در حد ۳ تا ۱۰۰ نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد.

[ویرایش] تاریخچه نخستین تلاش‌ها در توسعهٔ میکروسکوپ الکترونی روبشی به سال ۱۹۳۵ بازمی‌گردد که نول*[۱] و همکارانش در آلمان پژوهش‌هایی در زمینهٔ پدیده‌های الکترونیک نوری انجام دادند.

آرْدِن *[۲] در سال ۱۹۳۸ با اضافه کردن پیچه‌های جاروب‌کننده به یک میکروسکوپ الکترونی عبوری توانست میکروسکوپ الکترونی عبوری-روبشی بسازد.

استفاده از میکروسکوپ SEM برای مطالعهٔ نمونه‌های ضخیم اولین بار توسط زوُرِکین*[۳] و همکارانش در سال ۱۹۴۲ در ایالات متحده گزارش شد.

قدرت تفکیک میکروسکوپ‌های اولیه در حدود ۵۰ نانومتر بود.

[ویرایش] نمونه‌ها عکس فریت باریم تهیه شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی عکس میکروسکوپ الکترونی روبشی از آلیاژ کبالت-سماریم-مس که بطور عمیق توسط محلول ۱۰ درصد اسید نیتریک در اتیل الکل (نایتال) برای حذف مواد بین دندریت‌های اصلی اچ شده‌است.

شکل هر جامد یا مایعی که فشار بخاری کمتر از ‎۱۰-۳ تور داشته باشد.

اندازه محدودیت اندازه توسط طراحی میکروسکوپ الکترونی روبشی تعیین می‌شود.

معمولاً نمونه‌هایی با اندازهٔ ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر را می‌توان در میکروسکوپ قرار داد.

آماده‌سازی تکنیک‌های پولیش و اچ متالوگرافی استاندارد برای مواد هادی الکتریسیته کافی هستند.

مواد غیرهادی معمولاً با لایهٔ نازکی از کربن، طلا یا آلیاژهای طلا پوشش داده می‌شوند.

[ویرایش] برخی از کاربردها بررسی نمونه‌های آماده شده برای متالوگرافی در بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری.

بررسی مقاطع شکست و سطوحی که اچ عمیق شده‌اند و مستلزم عمق میدان بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری هستند.

ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونه‌ها در فاصله‌ای به کوچکی ۱ میکرومتر [ویرایش] محدودیت کیفیت تصویر سطوح تخت نظیر نمونه‌هایی که پولیش و اچ متالوگرافی شده‌اند، معمولاً در بزرگنمایی کمتر از ۳۰۰ تا ۴۰۰ برابر به خوبی میکروسکوپ نوری نیست.

میکروسکوپ الکترونی عبوری از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد پرش به: ناوبری, جستجو میکروسکوپ الکترونی عبوری میکروسکوپ الکترونی عبوری یا TEM نوعی میکروسکوپ الکترونی است که قابلیت عکس‌برداری از ریزساختار مواد با بزرگنمایی ۱٬۰۰۰ تا ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ برابر با قدرت تفکیکی در حد کوچک‌تر از ۱ نانومتر را دارد.

میکروسکوپ الکترونی عبوری همچنین توانایی آنالیز عنصری، تعیین ساختار و جهت کریستالی اجزایی به کوچکی ۳۰ نانومتر را به صورت کیفی و کمی دارد.

[ویرایش] تاریخچه لوئیس دو بروگلی در سال ۱۹۲۵ برای اولین بار تئوری خصوصیات موجی الکترونها که طول موجی کمتر از نور مرئی دارند را ارائه کرد.

در سال ۱۹۲۷ دیویسون و گرمر و همچنین تامپسون و رید بطور مستقل آزمایشات کلاسیک تفرق الکترونی را انجام دادند که نشان‌دهنده‌ی طبیعت موجی الکترون‌ها بود.

در سال ۱۹۳۲ روسکا و نول اولین بار ایده‌ی میکروسکوپ الکترونی را مطرح کردند.

در سال ۱۹۳۶ اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری توسط شرکت Metropolitian-Vickers در انگلستان ساخته شد.

[ویرایش] نمونه‌ها عکس میکروسکوپ الکترونی روبشی از یک نمونه‌ی آماده شده برای میکروسکوپ الکترونی عبوری که توسط تابش یونی متمرکز نازک شده است.

غشای نازک برای بررسی توسط TEM مناسب است ولی با ضخامت حدود ۳۰۰ نانومتر بدون نازک کردن بیشتر برای بررسی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری وضوح بالا مناسب نخواهد بود.

شکل فقط مواد جامد اندازه دیسکی با قطر ۳ میلی‌متر و ضخامت تقریبی ۵ میکرومتر آماده‌سازی باید برش‌هایی از نمونه تهیه شده و به کمک الکتروپولیش تا حدی نازک شود که به الکترون ها اجازه‌ی عبور بدهد.

زمان تقریبی مورد نیاز ۳ تا ۳۰ ساعت برای هر نمونه (بدون احتساب زمان آماده‌سازی) [ویرایش] برخی از کاربردها تعیین جهت رشد مواد بلورین و صفحات کریستالی تعیین عیوب بلوری و مرزدانه‌ها تشخیص مناطق دارای تنش پسماند شناسایی ترکیب شیمایی فازهای غیرآلی [ویرایش] محدودیت‌ها فرآیند تهیه‌ی نمونه‌ها بسیار زمان‌بر و خسته‌کننده است.

میکروسکوپ نوری میکروسکوپ نوری یا ریزنمای نوری را آنتونی وان لیوون هوک در سدهٔ ۱۷ اختراع کرد.

این وسیله با بزرگنمائی‌های متفاوت برای بررسی موجودات و ساختار موادی که با چشم غیر مسلح قابل بررسی نیستند کاربرد دارد.

ساختمان میکروسکوپ نوری شامل عدسی چشمی و عدسی شیئ، دسته یا بدنه صفحه چرخان، صفحه میکروسکوپ، دیافراگم، منبع نور، گیره‌های صفحه، پیچ ماکرومتری، پیچ میکرومتری و پایه می‌‌باشد.

میکروسکوپ نوری یا ریزنمای نوری را آنتونی وان لیوون هوک در سدهٔ ۱۷ اختراع کرد.

میکروسکوپ پراب پویشی پرش به: ناوبری, جستجو میکروسکوپ‌های پراب پویشی از یک پراب که بر روی نمونه حرکت می‌کند، برای بررسی سطح نمونه‌ها استفاده می‌کنند.

با استفاده از این میکروسکوپ‌ها علاوه بر توپوگرافی سطح، می‌توان راجع به اصطکاک، مغناطش، خواص حرارتی و الاستیسیته‌ی سطح نیز اطلاعاتی بدست آورد که با استفاده از روش‌های دیگر قابل دستیابی نیستند.

[ویرایش] طبقه‌بندی میکروسکوپ تونلی پویشی میکروسکوپ نیروی اتمی میکروسکوپ نیروی مغناطیسی میکروسکوپ نیروی جانبی (میکروسکوپ نیروی اصطکاکی) علاوه بر تکنیک‌های ذکر شده در بالا، تکنیک‌های متعدد دیگری نیز بر پایهٔ میکروسکوپ‌های پراب پویشی به وجود آمده‌اند که کاربردهای کمتری داشته و برای مقاصد خاص مناسب هستند.

از جمله: میکروسکوپ مدولاسیون نیرو میکروسکوپ آشکارساز فازی میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیک میکروسکوپ کاپاسیتانس پویشی [ویرایش] شرایط کارکرد معمولاً میکروسکوپ‌های پراب پویشی به آماده‌سازی نمونه و یا خلاء بسیار بالا که برای میکروسکوپ‌های الکترونی لازم است، نیازی ندارند.

[ویرایش] کاربرد [ویرایش] در علوم زیستی چون خلاء بسیار بالا و پرتوهای الکترونی به نمونه‌های زنده آسیب می‌رساند، در علوم زیستی بیشتر از میکروسکوپ‌های پراب پویشی استفاده می‌شود.

علاوه بر این به علت قابلیت مطالعهٔ نمونه‌ها در محلول آبی، امکان بررسی را در شرایط شبه-بیولوژیکی فراهم می‌کند.

[ویرایش] در علم مواد میکروسکوپ‌های نیروی پویشی را می‌توان برای تصویر برداری از اکثر مواد بکار برد.

این تکنیک‌ها برای تعیین خصوصیات سطحی مانند تخلخل، اندازه دانه، مرز دانه، ترک‌ها، عیوب بلوری و ...

بکار می‌رود.

میکروسکوپ نیروی اتمی پرش به: ناوبری, جستجو میکروسکوپ نیروی اتمی(م.ن.ا)*[۱] یا میکروسکوپ نیروی پویشی|میکروسکوپ‌های نیروی پویشی*[۲] در سال ۱۹۸۶ توسط کوئِیْت، بنینگ و گربر*[۳] اختراع شد.

مانند تمام میکروسکوپ‌های پراب پویشی*[۴] دیگر، م.ن.ا از یک پراب (probe) تیز که بر روی سطح نمونهٔ تحت بررسی حرکت می‌کند، استفاده می‌کند.

در مورد م.ن.ا، نوکی*[۵] بر روی کانتی‌لیور(اهرم) وجود دارد که در اثر نیروی بین نمونه و نوک خم می‌شود.

عکس شماره ۱ طرز کار یک م.ن.ا را نشان می‌دهد.

شکل شماره ۱ - ساختمان شماتیک یک میکروسکوپ نیروی اتمی با خم شدن کانتی‌لیور، انعکاس نور لیزر بر روی آشکارسازنوری*[۶] جابجا می‌شود.

بدین ترتیب می‌توان جابجایی نوک کانتی‌لیور را اندازه‌گیری کرد.

از آنجایی که کانتی‌لیور در جابجایی‌های کوچک از قانون هوک پیروی می‌کند، از روی جابجایی کانتی‌لیور می‌توان نیروی برهم‌کنش بین نوک و سطح نمونه را بدست آورد.

و از روی نیروی بین اتم‌های سطح نمونه و پراب، می‌توان فاصلهٔ بین نوک و سطح نمونه، یا همان ارتفاع آن قسمت از نمونه را بدست آورد.حرکت پراب بر روی نمونه توسط دستگاه موقعیت‌یاب بسیار دقیقی انجام می‌شود که از سرامیک‌های پیزوالکتریک ساخته می‌شود.

این پویشگر توانایی حرکت در مقیاس زیر آنگستروم را دارد.

شکل ۲ یکی از عکس‌های بدست آمده توسط م.ن.ا را نشان می‌دهد.

عکس شماره ۲- عکس میکروسکوپ نیروی اتمی رسوب‌های Ni3Al در سیستم آلومینیوم-نیکل - اندازه: ۳×۳ میکرومتر [ویرایش] حالت‌های کارکرد حالت تماسی در این حالت تماسی بین نوک میکروسکوپ و نمونه وجود ندارد و تصویر سازی از نیروی جاذبهٔ بین نوک و نمونه انجام می‌شود.

حالت بدون تماس در این حالت نوک میکروسکوپ با نمونه در تماس بوده و تصویر سازی از نیروی دافعهٔ بین نوک و نمونه انجام می‌شود.

حالت تماس متناوب (ضربه‌ای) این حالت نیز مانند حالت بدون تماس است با این تفاوت که در حالت تماس متناوب نوک کانتی‌لیور مرتعش به آرامی با نمونه برخورد می‌کند.

در این روش، تصویرسازی با استفاده از دامنه‌ی ارتعاش کانتی‌لیور انجام می‌شود.

شکل شماره ۳ - منحنی نیرو-فاصله شکل ۳ یک منحنی شماتیک نیرو-فاصله را برای م.ن.ا نشان می‌دهد.

در فاصلهٔ دور از نمونه، کانتی‌لیور توسط نیروی بین‌اتمی جذب نمی‌شود و در حالت تعادل آزاد خود است.

اما هنگامی که کانتی‌لیور به سطح نمونه نزدیک می‌شود، نیروهای جاذبه کانتی‌لیور را به سمت نمونه جذب می‌کنند.

هنگامی که نوک با سطح در تماس است، نیروهای دافعه غالب بوده و کانتی‌لبور را دور می‌کنند.

خطوط پررنگ دامنهٔ کار معمول م.ن.اها را در حالت‌های تماسی و بدون تماس نشان می‌دهند.

پیکان افقی دراز، دامنهٔ معمول تماس متناوب را نشان می‌دهد.

[ویرایش] مزایا و معایب مزایا سادگی تهیهٔ نمونه اطلاعات دقیق ارتفاع قابلیت کار در هوا، خلا و مایعات قابلیت مطالعهٔ سیستم‌های زیستی زنده معایب بازهٔ مطالعهٔ عمودی محدود بازهٔ بزرگنمایی محدود وابستگی اطلاعات بدست آمده به نوع نوک میکروسکوپ امکان آسیب دیدن نوک میکروسکوپ یا نمونه میکروسکوپ نیروی مغناطیسی پرش به: ناوبری, جستجو میکروسکوپ نیروی مغناطیسی (به انگلیسی: Magnetic force microscope) نوعی میکروسکوپ توسعه یافته از ایدهٔ میکروسکوپ نیروی اتمی است.

این میکروسکوپ از تغییرات فضایی نیروی مغناطیسی بین سطح نمونه و نوک کانتی لیور برای تصویرسازی استفاده می‌کند.

میکروسکوپ تونلی روبشی پرش به: ناوبری, جستجو نمای شماتیک یک میکروسکوپ تونلی روبشی نوعی میکروسکوپ پراب پویشی است که براساس روبش سطح رسانا به‌وسیله نوک بسیار باریک ( در حد چند نانومتر ) و تغییر در میزان جریان عبوری برحسب فاصله کار می‌کند.

بااین میکروسکوپ می‌توان نحوه آرایش اتمها در سطح شبکه را به تصویر کشید.

به عبارت دیگر تصویر ایجاد شده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه هادی است.

میکروسکوپ نوری کلی با توجه به گسترش روز افزون میکروسکوپها در شاخه‌های مختلف علوم پزشکی و صنعت هر روزه شاهد پیشرفتهای مختلف در صنعت میکروسکوپها می‌باشیم.

این پیشرفتها شامل پیشرفت سیستم روزی طراحی اجزای مکانیکی ، پایداری استحکام و راحتی در استفاده از آنها می‌باشد.

میکروسکوپهای نوری معمولی که در تحقیقات بیولوژیکی و پزشکی بکار می‌روند دو دسته می‌باشند.

یک دسته دارای چشمه نوری مجزا از میکروسکوپ می‌باشند و دسته دوم میکروسکوپهایی می‌باشند که دارای چشمه نوری تعبیه شده در میکروسکوپ می‌باشند.

میکروسکوپهای معمولی مدرن مورد استفاده از نوع دوم می‌باشد و تقریبا ساخت و استفاده نوع اول منسوخ شده است.

اجزای اصلی میکروسکوپ نوری پایه یک قطعه شامل یک بخش پایین به صورتهای مختلف و گاهی بصورت نعل اسبی می‌باشد که بر روی میز محل مطالعه قرار می‌گیرد.

پایه دارای ستون می‌باشد که اجزا مختلف به آن متصل می‌شود، وزن پایه نسبتا زیاد است و اجزائی که بر روی پایه سوارند عبارتند از: چشمه نور و حرکت دهنده لوله میکروسکوپ.

لوله میکروسکوپهای مختلف تک چشمی (monocular) و یا دو چشمی (binocular) می‌باشند، وقتی به مدت طولانی می‌خواهیم از میکروسکوپ استفاده کنیم دو چشمی بهتر است، چون مانع خستگی چشم می‌باشد.

لوله شامل دو گروه عدسی به نامهای چشمی و شیئی است.

عدسیهای شیئی در میکروسکوپهای معمولی چهار عدسی شیئی بر روی صفحه چرخان نصب شده که ویژگیهای این عدسیها بصورت