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Grundlagen der Mikroskopie
Eine stark vereinfachte populärwissenschaftliche Darstellung
Prof. Dr.-Ing. habil. L. Spieß
Auflösungsvermögen des Auges
Menschliches Auge hat bei 25 cm Sehweite ein Auflösungsvermögen von zwei benachbarten Punkten von 1 Minute (Winkel), d.h. bestenfalls 0,07mm (70 µm)
Vergrößerung bedeutet Vergrößerung des Sehwinkels
Vergrößerung im LichtmikroskopVMikroskop=VObjektiv*VOkular
Auflösungsvermögen
Auflösungsvermögen bei gerader BeleuchtungABBE´sche Gleichungλ=400...800 nm
Förderliche VergrößerungV=500*AObj ... 1000*Aobj
Lichtmikroskop amin.=300 nm
αλλ
sinmin nAa
Obj
==
Vergrößerung und Apertur eines Objektives
V=5x
A=0,13
Vges=50x
V=20x
A=0,4
Vges=200x
V=10x
A=0,20
Vges=100x
V=50x
A=0,70
Vges=500x
Okular: V=10x
Vergrößerung und Apertur eines Objektives -förderliche Vergrößerung
V=5x
A=0,13
V/A=3846
V=20x
A=0,4
V/A=1250
V=10x
A=0,20
V/A=2500
V=50x
A=0,70
V/A=714
alle Teilbilder auf V=500 x vergrößert
Elektronenmikroskopie
De Broigle Wellenlänge eines beschleunigten Elektrons
AeeUmh
2=λ
0 200 400 600 800 10000
10
20
30
40
50
Beschleunigungsspannung [kV]
Fehl
erni
chtre
lativ
istis
che
Ges
chw
indi
gkei
t[%
]
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
Wellenlänge
[nm]
Fehler in %
200 kV
λ=2,508 pm
Elektronenmikroskop
ca. 1932 Ruska und Ardenne erste Elektronenmikroskope gebaut, sogenannte Transmissionselek-tronenmikroskopeDurchstrahlung dünnster Objekte mit Dicke d [nm]= UA[kV]-50
Strahlengangbeim Licht-mikroskopund Trans-missions-elektronen-mikroskop
Kathode und Probenhalter TEM
nur sehr kleine Bereiche untersuchbar
Transmissionselektronenmikroskop
Auflösung bis 0,1 nm,
Vergrößerung bis zu 1 Million
Atomare Auflösung im TEM
5 nm5 nm
nm
500
520
540
0 1 2nm
0.374 nmSiO2
Silicon
ROI-FFT and inverse FFT
Rasterelektronenmikroskop
Rasterelektronenmikroskop ca. seit 1963 Nutzung von Sekundärelektronen sehr hohe Tiefenschärfe V= 10x ... 400000x meist leitfähige Probe notwendig
Rasterelektronenmikroskop Beschleunigungsspannung bis 30 kV,
Auflösung bis ca. 3 nm
Zinnkugeln
Goldpartikel
Beispiele aus der Biologie Fliege
Menschliche Haare
Beispiele aus der Biologie
Beispiele aus der Materialwissenschaft Schneide eines Hartmetallfräsers und Struktur des
Wolframcarbides
Oberflächen von Werkstoffen
Zink-PhosphatschichtReineisenoberfläche
Nitrierte StahloberflächeKeramikoberfläche