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