D1 Elektronenmikroskopie (TEM/REM)

Thema

Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), die in diesem Modell beschriebene experimentelle Methode, beleuchtet die Probe mit einem Strahl beschleunigter Elektronen anstelle von sichtbarem Licht. Die De-Broglie-Wellenlänge dieses beschleunigten Elektrons, relativistisch korrigiert, um die Annäherung seiner Geschwindigkeit an die Lichtgeschwindigkeit zu berücksichtigen, bestimmt die Auflösungsgrenze des Mikroskops: Je kürzer diese De-Broglie-Wellenlänge, desto feiner sind die Details, die das Elektronenmikroskop noch auflösen kann. Eine höhere Beschleunigungsspannung führt gemäß derselben relativistisch korrigierten De-Broglie-Beziehung zu einer kürzeren Wellenlänge und somit zu einer besseren Auflösung.

Da die De-Broglie-Wellenlänge des beschleunigten Elektrons in einem gut konstruierten Transmissionselektronenmikroskop deutlich kürzer ist als der Atomabstand in der Probe, ermöglicht dieses Mikroskop im hochauflösenden Modus die atomare Auflösung: die Fähigkeit, einzelne Atomlagen der Kristallstruktur der Probe im erzeugten Bild zu erkennen. Der Betrieb in diesem hochauflösenden Modus ermöglicht es, neben Größe und Form jedes einzelnen Nanopartikels in der Probe auch dessen innere Kristallstruktur, Atomlage für Atomlage, sichtbar zu machen.

Daher nutzt dieses Modell, das mit der Elektronenmikroskopie und ihren Auflösungsgrenzen entwickelt wurde, die Zählung einer ausreichenden Anzahl von Einzelpartikelbildern, die mit demselben Elektronenmikroskop aufgenommen wurden, um die durchschnittliche Partikelgröße der gesamten Probe zu bestimmen: Je mehr Einzelpartikel in diesem Bildsatz gezählt werden, desto repräsentativer ist diese durchschnittliche Partikelgröße für die tatsächliche Größenverteilung in der gesamten Probe. Die Tatsache, dass diese Elektronenmikroskopie dank der kurzen De-Broglie-Wellenlänge des Elektrons eine Auflösung weit unterhalb der durch die Wellenlänge des sichtbaren Lichts bedingten Grenze eines anderen Modells dieser Art erreicht, bedeutet, dass dieses Elektronenmikroskop einzelne Nanopartikel in Größe und Form auflösen kann, die mit anderen optischen Methoden nicht mehr unterschieden werden können.

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