Рубрика «электронный микроскоп»

Всем привет, я снова выхожу на связь и посмотрите с чем!
На фото — очень редкий (на 1989г. было выпущено 56 штук) сканирующий электронный микроскоп производства компании TESLA, выставленный в техническом музее г. Брно. Сверхвысоковакуумная колонна, катод с холодной полевой эмиссией позволили достичь гарантированного разрешения в 5нм и увеличения 500000x.

Гаражная находка: TESLA без пробега - 1

Мне удалось заполучить в свой гараж точно такой же микроскоп, пролежавший с 1990 года в нераспакованном виде. Обзор и все подробности процесса распаковки — под катом.
Читать полностью »

С момента предыдущей публикации прошло уже очень много времени, пора уже и рассказать об успехах :) Всё это время я посвятил практическому изучению электроники (цифровой и аналоговой), сделал с десяток печатных плат (метод ЛУТ оказался неплох!), просмотрел сотни схем от разных электронных микроскопов различной давности изготовления. И даже собрал парочку проектов на Arduino, чтобы на чём-то по-практиковаться.

Получив нужный опыт и знания, приступил к разработке электроники и программного обеспечения для микроскопа.

На видео — демонстрация того, как реализовано сканирование и захват изображения. Плата пока ни к чему не подключена, но данные реальные (по градиентам серого можно угадать моменты, когда я подключаю вход к выходам сканирования по X и Y).

Всю систему разделил на следующие независимые модули:

  • Захват изображения и интерфейс с ПК.
  • Блок питания для точных элементов, и блок питания для силовых элементов (реле, клапана и пр.)
  • Управление магнитными линзами, статическое. Конденсор, фокусировка, смещение луча вначале, стигматор — всё это задаётся независимо от сканирования.
  • Управление отклонением луча. Непосредственно отвечает за перемещение луча по образцу. Увеличение задаётся именно здесь.
  • Управление вакуумной системой
  • Управление высоким напряжением и накалом катода
  • Источник высокого напряжения -1кВ для ФЭУ в детекторе вторичных электронов (SED)
  • Источник высокого напряжения +12кВ для коллектора SED (без него детектор будет работать в режиме регистрации упругоотражённых электронов — BSE)

Читать полностью »

Вакуум есть, катод вставлен, колонна прочищена, высокое напряжение подведено, и даже сделано управление с компьютера. Осталось только увидеть электронный луч и попробовать работу магнитных линз.

Но сперва расскажу про пластинку из неизвестного материала: когда я чистил колонну, то в шлюзовой камере, в укромном месте нашёл непонятные пластинки из блестящего, очень хрупкого вещества. Где стоял этот микроскоп до того, как попасть ко мне, и что на нём смотрели — неизвестно.

Электронный микроскоп в гараже. Разгоняем электроны - 1

Было высказано предположение, что это кремний. Что это в итоге оказалось и какого прогресса удалось достичь в электронном микроскопе за три недели — под катом.
Читать полностью »

В самой первой статье я написал примерный план нашего сериала, заключительный пункт которого — работа с электроникой. Пора уже к нему переходить. Всё остальное подточено, утечки найдены и исправлены, вакуумная система начищена до зеркального блеска.

Из электроники для экспериментов у нас есть:

  • различные микроконтроллеры (популярные платы Arduino Nano, Due, менее популярный, но интересный Stellaris Launchpad; одноплатные компьютеры Raspberry Pi 3 B+ и Intel Edison)
  • АЦП (AD7715, ADS7816) и ЦАП (DAC8512)
  • Операционные усилители обычные и прецизионные, малошумящие
  • Остальные электронные компоненты по мелочи, а также «донорские» устройства (вышедшие из строя ATX блоки питания, ИБП, CD-ROM drives и т.п.)
Электронный микроскоп в гараже. Высокое напряжение - 1

Из больших, независимых устройств есть высоковольтный блок питания от микроскопа Amray примерно 1990 года выпуска, неизвестной работоспособности, со следами ремонта русскоговорящим человеком.

Надо разобраться, как им управлять, как подключить к нашей колонне и вообще, проверить, работает ли он. А то подозрительно там внутри всё подписано по-русски маркером :)
Читать полностью »

Если вы пропустили предыдущие выпуски — обязатально почитайте.

Достаточный вакуум ($10^{-5}$ торр) уже получен, а значит, настало время двигаться дальше: установить катод, разобраться с высоковольтным блоком питания и пустить, наконец, электроны!

Так выглядят катоды и электронная пушка с фокусирующим электродом в реальности. Под катом простое объяснение того, как это работает, а также внутренности электронно-оптической колонны в 4K качестве.

Читать полностью »

Если вы пропустили предыдущие выпуски — обязатально почитайте.

Форвакуум в микроскопе оказался сильно мотивирующим фактором для продолжения работы :) Ведь самое интересное — получить высокий вакуум и запускать электронно-лучевую систему!

Для этого потребуется оживить диффузионный (паромасляный) насос. В нём отсутствует одна важная часть — нагреватель, а в остальном он исправен, и в нём даже осталось некоторое количество родного вакуумного масла, называемого рабочей жидкостью.
Читать полностью »

Пришло время использовать металлообрабатывающие станки по их прямому назначению и выточить всё необходимое для микроскопа, а затем попробовать подключить форвакуумный насос и посмотреть, что из этого получится.

Переходники для вакууметров

Датчик вакуума JEOL
В этом микроскопе нет ни одного стандартного вакуумного порта. Два его родных манометрических преобразователя работали по методу термопары. В каждом из них было две вакуумных «лампы» с одинаковыми термопарами внутри. Одна лампа — запаяна, с «образцовым» вакуумом внутри, а вторая — открыта. Сравнивая значения их сопротивления можно было количественно измерить значение вакуума. Но дело в том, что один из них вообще разбили, а второй был вклеен неким клеем, который за годы разложился обратно в жидкое состояние. И, конечно, никакой измерительной электроники для этого не осталось. Поэтому логичным решением было установить более современные вакууметры. В идеале — активные, которые выдают сигнал в готовом для интерпретации виде.

Читать полностью »

Электронный микроскоп в гараже. Токарная мастерская - 1

Из вакуумщиков — в токари

Для восстановления и модернизации такого рода аппаратов (SEM, TEM и прочих вакуумных приборов) просто жизненно необходимо изготовление всяких нестандартных переходников, заглушек, держателей, приводов и манипуляторов. Конечно, если купить новый микроскоп от дилера, то они всё запустят, и будут проводить ежегодное обслуживание «под ключ». Но во-первых, цена этого удовольствия выходит из бюджета любого гаража, а во-вторых, это достаточно скучно.

Например, в случае с нашим микроскопом — в нём вообще нет ни одного стандартного вакуумного соединения: KF или CF. Поэтому любой вакуумный прибор из магазина подключить просто так не удастся. И единственно верным решением будет изготовление переходников на стандартные KF-фланцы.

С тем, как работает форвакуумный насос мы разобрались в прошлой статье. Теперь надо всё это подключить. Но даже если изготовить тройник, то понадобится ещё штуцер на форвакуумный насос, чтобы одеть вакуумный шланг. И самое главное: в колонне есть несколько отверстий, которые необходимо закрыть прежде, чем испытать удовольствие от полученного в ней вакуума.

Прикинем список того, что нужно сделать:

  1. Тройник для подключения двух форвакуумных входов к одному насосу
  2. Переходник на вакуумный насос
  3. Заглушка для датчика вторичных электронов (датчик кем-то снят на запчасти)
  4. Два переходника с проприетарного вакуумного разъёма JEOL на стандартный KF16 для подключения двух вакуумных датчиков на штатных местах (один оригинальный разбит, второй просто отклеился)
  5. Один переходник на KF25 для комбинированного датчика вакуума вблизи электронной пушки
  6. Пара штуцеров для компрессора
  7. Всякая мелочь

Читать полностью »

image

Позвонил мне как-то друг и говорит: нашёл интересную штуку, нужно привезти к тебе, весит полтонны. Так у меня появилась колонна от сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-50A. Её давно списали из какого-то НИИ и вывезли в металлолом. Электронику потеряли, а вот электронно-оптическую колонну вместе с вакуумной частью удалось спасти.

Электронный микроскоп в гараже - 2До этого момента я не имел дела с подобным научным оборудованием, не говоря уже о том, чтобы уметь им пользоваться и представлять, как оно работает. Чтобы восстановить этот микроскоп хотя бы до состояния «рисуем электронным лучом на люминесцентном экране» потребуется:

  • Понять основы работы электронных микроскопов
  • Разобраться в том, что такое вакуум, какой он бывает
  • Как измеряют вакуум, как его получают
  • Как работают высоковакуумные насосы
  • Минимально разобраться в химии (какие растворители использовать для очистки вакуумной камеры, какое масло использовать для смазки вакуумных деталей)
  • Освоить металлообработку (токарные и фрезерные работы) для изготовления всевозможных переходников и инструментов
  • Разобраться с микроконтроллерами, схемотехникой их подключения

Имея на вооружении научный метод я попробую освоить совершенно новые области, которыми никогда не занимался ранее. Приглашаю сделать это вместе со мной.

Восстановление микроскопа после как минимум десятка лет — под катом.
Читать полностью »

Микроскоп нового типа позволяет снимать ход химической реакции в реальном времени - 1

Большинство современных микроскопов (среди которых есть очень сложные системы) весьма хороши, но они могут использоваться только для получения статичной «картинки». Масштабы погружения человека в микромир не могут не восхищать, но все же скорость работы систем такого типа не слишком высока. Это — препятствие, например, для проведения видеосъемки химических реакций.

До последнего времени это было просто невозможно. Тем не менее, ученым MIT удалось создать систему, прототип атомно-силового микроскопа, который работает в 2000 раз быстрее любого коммерческого продукта. И видео химической реакции уже удалось получить (в продолжении). «Люди могут видеть, например, конденсацию, растворение или выпадение вещества в осадок в режиме реального времени», — сообщил представитель команды проекта, профессор Камал Юсеф-Туми (Kamal Youcef-Toumi).
Читать полностью »