1. Электронды микроскоп пен оптикалық микроскоптың басты айырмашылығы неде?

Электронды микроскоп пен оптикалық микроскоптың басты айырмашылығы – олар қолданатын сәуле көзінде. Оптикалық микроскопта үлкейту үшін жарық сәулесі мен әйнек линзалар пайдаланылады, ал электронды микроскопта үлгіні зерттеу үшін электрондар шоғы және электромагниттік линзалар қолданылады. Электронды микроскоптың кеңістіктік айыру қабілеті әлдеқайда жоғары (нано–пикометр деңгейіне дейін), себебі электрондардың толқын ұзындығы жарыққа қарағанда әлдеқайда қысқа.

2. Жарықтандырғыш электронды микроскоптың жұмыс істеу принципін сипаттаңыз

Жарықтандырғыш электронды микроскоп (Transmission Electron Microscope, TEM) – үлгінің ішкі құрылымын көруге мүмкіндік беретін құрал. Онда жоғары энергиялы электрондар шоғы жұқа үлгінің ішінен өтеді. Электрондар заттың әртүрлі тығыздығы мен қалыңдығына қарай шашырап немесе өтіп кетіп, экранда немесе детекторда кескін қалыптастырады. Бұл әдіс арқылы нанобөлшектердің морфологиясы, кристалдық құрылымы және ақаулары анықталады.

3. Сканерлеуші электронды микроскоп арқылы қандай ақпарат алуға болады?

Сканерлеуші электронды микроскоп (Scanning Electron Microscope, SEM) үлгінің беткі құрылымын жоғары дәлдікпен зерттеуге мүмкіндік береді. Электрондар шоғы үлгі бетін сызық бойынша сканерлеп өтеді. Үлгімен өзара әрекеттесу нәтижесінде қайтарылған (шашыраған) электрондар, рентген сәулелері және басқа сигналдар тіркеледі. SEM арқылы мыналар анықталады:

- Беткі морфология және текстура;
- Үлгінің химиялық құрамы (энергия-дисперсиялық спектроскопиямен бірге);
- Үлгінің өткізгіштік қасиеттері.

4. Туннельдік эффект дегеніміз не және ол қай микроскопта қолданылады?

Туннельдік эффект – кванттық құбылыс, мұнда электрондар өте жұқа вакуумдық тосқауыл арқылы басқа денеге «өтіп» кете алады. Бұл эффект сканерлеуші туннельдік микроскопта (STM) қолданылады. STM зонд пен үлгінің арасы бірнеше ангстрем болатындай етіп орналастырылады. Бұл қашықтықта туннельдік ток пайда болады, оның шамасы бет бедеріне байланысты өзгереді. Осылайша атомдық деңгейдегі рельеф анықталады.

5. Атомдық күштік микроскопта кантилевер қандай рөл атқарады?

Атомдық күштік микроскопта (AFM) кантилевер – үлгі бетімен әрекеттесетін зонд ұшы бекітілген икемді сәуле. Кантилевер үлгі бетіне өте жақын орналасқан кезде, оның ұшы мен бет арасындағы атомаралық күштер кантилеверді майыстырады. Бұл майысу лазер сәулесімен немесе басқа әдістермен өлшеніп, үлгінің беттік құрылымы жоғары дәлдікпен анықталады. Осылайша кантилевер негізгі сезгіш элемент болып табылады.

6. Электронды микроскопта вакуум қандай мақсатта қолданылады?

Электронды микроскопта вакуум қажет, себебі электрондар ауа молекулаларымен соқтығыспай, тікелей үлгіге жетуі тиіс. Егер вакуум болмаса, электрон шоғы шашырап, анық кескін алу мүмкін болмайды. Сонымен қатар, вакуум үлгіні қызудан немесе химиялық реакциялардан қорғауға көмектеседі. Жоғары вакуум – электронды микроскопияда тұрақты және дәл жұмыс істеудің негізгі шарты.

7. Электрондар шоғы объектінің қандай қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік береді?

Электрондар шоғы арқылы объектінің келесі қасиеттерін зерттеуге болады:

- Морфология – пішіні мен беткі құрылымы;
- Кристалдық құрылым – дифракциялық әдістермен;
- Химиялық құрамы – энергия-дисперсиялық спектроскопия арқылы;
- Қалыңдығы мен тығыздығы – электрондардың жұтылуына байланысты;
- Электрлік және магниттік қасиеттері – кейбір қосымша әдістермен (мысалы, Lorentz microscopy).

8. Сканерлеуші туннельдік микроскоптың ерекшелігі неде?

Сканерлеуші туннельдік микроскоптың (STM) басты ерекшелігі – ол заттың бетін атомдық дәлдікпен зерттей алады. Бұл микроскоп туннельдік эффектке негізделген және өте өткір зондтың көмегімен үлгі бетінің электрондық тығыздығын тіркейді. STM арқылы тек өткізгіш немесе жартылай өткізгіш үлгілер зерттеледі. Ол құрылымдарды нақты атомдар деңгейінде бақылауға, тіпті жеке атомдарды жылжытуға мүмкіндік береді.

9. АСМ көмегімен жүргізілетін нанолитографияның мүмкіндіктері қандай?

AFM (Атомдық күштік микроскоп) көмегімен жүргізілетін нанолитография – наномасштабтағы құрылымдарды жазу және үлгілеу әдісі. Бұл әдістің мүмкіндіктері:

- Жоғары дәлдік (1–10 нм дейін);
- Физикалық немесе химиялық өзгерістер енгізу (мысалы, беткі қабатты тесу, химиялық реакцияларды іске қосу);
- Үлгіге зақым келтірмей жұмыс істеу.
  AFM нанолитографиясы микроэлектроника, сенсорлар және биомолекулалық үлгілер жасауда қолданылады.

10. Электронды микроскопия неге нанобөлшектерді зерттеуде басты әдіс болып саналады?

Электронды микроскопия нанобөлшектерді зерттеуде басты әдіс болып саналады, себебі ол өте жоғары кеңістіктік айыру қабілетіне (0,1 нм-ге дейін) ие. Бұл мүмкіндік арқылы бөлшектердің өлшемі, формасы, құрылымы және беткі қасиеттері наномасштабта толық сипатталады. Сонымен қатар, қосымша әдістер (EDS, EELS, TEM-SAED) арқылы химиялық құрамы мен кристалдық құрылымын да анықтауға болады. Электронды микроскопиясыз нанобөлшектердің толық сипаттамасын жасау мүмкін емес.