¿Qué estoy viendo cuando miro una fotografía de microscopio electrónico?

Answer 1

Una respuesta larga pero espero que tenga sentido.

La foto se amplía aproximadamente 200,00 veces. Las hebras (fibrillas) y los nodos mostrados son de PTFE de expansión rápida. Los espacios mantienen el aire. Los espacios son aproximadamente 1 / 20,000 del tamaño de una pequeña gota de agua pero aún son mucho más grandes que una molécula de vapor de agua. Por lo tanto, el material es impermeable pero puede “respirar” para liberar vapor de agua.

Microscopía:
Un microscopio convencional utiliza luz normal para iluminar el objeto que se está estudiando. Si el objeto es significativamente más pequeño que la longitud de onda de la luz que ilumina, las ondas pasan por alto y por lo tanto deja de ser claramente visible en esa luz. La luz puede pensarse como un flujo de fotones o como un haz de ondas.

Un microscopio electrónico utiliza las propiedades de onda de los electrones (de acuerdo con la ecuación de De Broglie) en lugar de las ondas de luz. Las ondas electrónicas son mucho más cortas que la luz normal, unas 100.000 veces más cortas. Por lo tanto, los objetos mucho más pequeños pueden reflejar las ondas de electrones al receptor o interferir con ellas en su camino hacia el receptor. El ojo humano no puede detectar las ondas de electrones muy cortas, por lo que se necesita un proceso intermedio.

Esto es similar al funcionamiento de una cámara digital. El receptor es un sensor CCD con una gran cantidad de megapíxeles sensibles a las ondas electrónicas muy cortas. El haz de electrones se enfoca mediante un campo electromagnético o electrostático que actúa de manera análoga a las lentes en un microscopio convencional. Lo que ‘ve’ se convierte en una imagen digital que luego puede mostrarse en una pantalla de computadora o imprimirse.

Hay dos clases de microscopios electrónicos que “ven” la muestra de una manera diferente. El sistema original era el microscopio electrónico de transmisión (TEM).

En un TEM, el haz de electrones que se ha transmitido parcialmente a través de la muestra muy delgada (y por lo tanto semitransparente para los electrones) transporta información sobre la estructura de la muestra. La variación espacial en esta información (la “imagen”) se amplía con una serie de lentes magnéticas hasta que se registra al golpear un sensor sensible a la luz, como una cámara CCD (dispositivo de carga acoplada). La imagen detectada por el CCD puede mostrarse en tiempo real en un monitor o computadora. A TEM produce imágenes bidimensionales, en blanco y negro.

El otro sistema es el microscopio electrónico de barrido (SEM).

A diferencia del TEM, donde los electrones en el haz primario se transmiten a través de la muestra, el SEM produce imágenes al detectar electrones secundarios que se emiten desde la superficie debido a la excitación del haz de electrones primario. En el SEM, el haz de electrones se escanea a través de la superficie de la muestra en un patrón de trama, con detectores construyendo una imagen al mapear las señales detectadas con la posición del haz.

La resolución TEM es aproximadamente un orden de magnitud mejor que la resolución SEM. Un TEM puede resolver fácilmente los detalles de 0.2 nm pero el límite de un SEM es de aproximadamente 2 nm. Por otro lado, debido a que la imagen SEM se basa en interacciones de electrones en la superficie en lugar de en la transmisión, es capaz de obtener muestras masivas y tiene una profundidad de visión mucho mayor, y por lo tanto puede producir imágenes que son una buena representación de la estructura 3D del muestra. Por lo tanto, se considera que las imágenes SEM proporcionan información topográfica en 3D sobre la superficie de la muestra, pero aún en blanco y negro.

Con cualquiera de los dos sistemas, las limitaciones son a menudo la durabilidad (o lo contrario) de la muestra cuando se expone a la intensidad de un haz de electrones.

Answer 2

Estás viendo algo similar a una micro-fotografía regular donde las partículas que inciden en la película son fotones. Pero en una fotografía de microscopio electrónico, las partículas disparadas al objetivo son electrones, no fotones. Por lo tanto, podemos usar lentes eléctricos en lugar de lentes ópticas para difractar el haz reflejado. Esto hace una diferencia enorme. Un microscopio electrónico de barrido en realidad mira electrones dispersados ​​por un haz de electrones que pasa a través de una sección súper delgada de un espécimen.

Debido a la longitud de onda de la luz, los microscopios ópticos solo pueden lograr un aumento de 1000-2000 X. El SEM puede ampliar hasta 500,000 X. También proporciona una mayor profundidad de campo aparente. Pero también hay desventajas inherentes. Qué tecnología es mejor depende de lo que estás tratando de ver.

Con la edición de los detalles de la pregunta, ha agregado preguntas sobre el Gore-Tex. Una sola molécula de agua tiene un diámetro de aproximadamente 0.278 nm, por lo que la abertura típica en la película plástica tendría un poco menos de 200 nm de diámetro.

Answer 3

La imagen que está viendo es probablemente una tomada con un microscopio electrónico de barrido (SEM). Dado que Gore-Tex no es conductor, lo que está dentro de la imagen probablemente ha sido recubierto con una película delgada de metal, generalmente de oro.

El SEM no puede decirle qué son esas manchas y cadenas de conexión con solo las imágenes recogidas de los electrones dispersos por la parte posterior. Tienes que usar otros métodos de caracterización de materiales para determinar su composición química.