Microscopio Electrónico de Barrido

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Hace tiempo que traigo la idea de la fabricación de un microscopio de barrido desde 0, mas que por el uso, la experiencia de trabajar y diseñar algo así.
Esta semana me libere un poco de tiempo y comencé la construcción de al menos una de las piezas necesarias para hacerlo, el cañón de electrones, he estado en contacto con varias personas que trabajan de manera cotidiana con estos aparatos y he estado ordeñando información acerca de ellos.
Aquí les dejo algunas imágenes del avance:

Los materiales son aluminio para las piezas metálicas y nylon para los aislantes/separadores, la barra de nylon tenia un patrón como si fuera madera quedo un acabado interesante.

Idealmente todo es modular, las piezas se arman por presión y pueden ser cambiadas por otras con diferentes dimensiones o características.

Las dos piezas metálicas son el Wehnelt y el ánodo, creo que la separación entre estos es demasiada y terminare cambiando el separador por otro mas corto, pero eso hasta que no haga pruebas con todo energizado en vacío.


Así queda todo ensamblado, la pieza blanca de nylon es el carrier para el filamento.

Los filamentos los estoy fabricando yo, con tungsteno de 100 micrones comprado de ebay, este es soldado en el carrier por una soldadura de puntos

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Una vez armadas las piezas procedí a probar que hubiera aislamiento entre el wehnelt y el filamento ya que los espacios entre estas son muy reducidos, energice el filamento a 1.5 amperes mas 900V entre filamento y wehnelt, no hubo conducción pero se dejo ver una bonita descarga de plasma a presión atmosférica.


Primer encendido del filamento, la soldadura por puntos funciona de manera aceptable a pesar de solo usar 12v y 3 capacitores de 2200microfaradios con una fuente conmutada sencilla.


Filamento caliente.


Filamento caliente mas 900V, se alcanza a apreciar un poco de plasma, este no aparece al aplicar los 900V con el filamento frio.

[pfdc]

Mis mejores deseos de que llegues a buen fin con este proyecto. Uno de los mas complejos que puede acometer un amateur y que sin duda te dará muchas satisfacciones en su realizacion y mas cuando lo consigas resultados. Supongo que sabrás por este foro que llevo casi 20 años empleando a diario microscopios electrónicos. Ahora tengo un XL30 y antes un Philips 525, pero antes de esto, como tu, acometí el proyecto de fabricar uno, aunque abandone cuando conseguí el primer MEB de desguace y lo reparé. Tengo por tanto mucha experiencia con estos aparatos y no solo como usuario, porque el mantenimiento y las reparaciones, que han sido muchas, las he realizado yo mismo. He tenido la suerte además de conseguir mucha información técnica y esquemas electrónicos de los aparatos.
Por ello me atrevo a hacerte alguna sugerencia respecto al Welhnet que has construido. En mi opinión, no es buena idea hacerlo de aluminio. El aluminio es blando y el orificio se va a erosionar muy rápidamente con los electrones. También me parece que deberías haber previsto alguna forma para poder centrar la apertura con el filamento. Podrías modificar fácilmente tu diseño y colocar una lamina perforada de acero inoxidable (que resistirá mucho mejor la erosión) sujeta con tornillos que permitiese un poco de movimiento para realizar el centrado. Veo que tampoco tienes previsto ajustar la distancia del filamento a la apertura.
Otra observación: por lo que veo el espacio en que esta ubicado el filamento solo se comunica con el exterior a través de la apertura del Welhnet, el vacío se hará por ahí y al ser un orificio pequeño tardara mucho en conseguir un buen vacío, además en el caso de que los materiales gaseen algo el vacío ahí será peor que en el resto, por lo que el filamento se oxidara rápidamente. Te sugiero que hagas otros orificios mayores separados de la apertura para vaciar la cámara del filamento. En mi XL30 la aapertura es de 0,4 mm y el espesor del Welhnet de 0,2 mm. Si quieres te puedo mandar fotografías y diagramas pero si consideras mis observaciones impertinentes dímelo y no te molestaré.
Te ofrezco, no solamente mi experiencia, sino también muchos de los materiales que tengo y tal vez te puedan servir.
Salud y éxito!!

[gcr100]

Claro que si Profe, las fotos me servirían mucho, lo del centrado del filamento me parece una buena observación y creo que si implementare 3 opresores centradores, la próxima versión será inoxidable solido incorporando los cambios que sugieres.
Respecto a los orificios del wehnelt y ánodo, en especifico la apertura principal ¿Es critica la dimensión?
En el ánodo tengo una pequeña cavidad que pensaba usar para poner una apertura minúscula de unos 0.1mm tengo entendido que las aperturas son consumibles, seria una buena idea tener acceso a ellas y usar una comercial.

Estoy abierto a sugerencias y cambios para mejorar.


Algo que me tiene un poco pensativo es el uso de nylon en el carrier del filamento ya que estará expuesto al calor de este podría gasear o ser afectado de alguna forma, si alguien tiene alguna otra idea de como implementar esta parte también esto abierto a cambios

[gcr100]

Justo encontré las aperturas comerciales específicamente hechas para SEM:

https://www.tedpella.com/apertures-and- ... ture8.aspx

Creo que fabricare las mías aunque tenga que cambiarlas de manera constante

[pfdc]

Las aperturas del enlace que has puesto no son para Wehnelt, estas que aquí pongo si son para esto https://www.2spi.com/category/disc-aper ... intenance/ además son mas baratas. En el anterior microscopio el Philips 525 las aperturas se cambiaban, en el actual no. Se cambia la copa entera. No obstante yo llevo mas de 4000 horas de uso del microscopio sin cambiarla por tanto de momento yo no pensaría en ello. El nailon no es el mejor material para trabajar en vacío y mas si se va a calentar como pasa con los terminales del filamento. Mi microscopio emplea filamentos que tiene una base cerámica. Mira aqui https://www.microtonano.com/EBS-Tungste ... a14FP1203B la referencia 14-FP1203 para ver las dimensiones. No son muy caros, 32 $, pero tienes que comprar 10. Puedo regalarte 5 filamentos de estos fundidos para que tu los recompongas empleando hilo de wolframio y tal vez acomodar tu Wehnelt para emplearlos.
La apertura y la forma del filamento te van en buena parte a determinar la resolución del microscopio pero no creo que tu objetivo sea conseguir los 3 nanómetros de un buen aparato comercial porque seria una tarea casi imposible, te conformaras con conseguir 30 o 100 nm. Si quieres los filamentos dame tu dirección por mensaje privado.

Esta es la copa del Wehnelt de mi microscopio. en el centro esta la apertura y los orificios mayores son los de ventilación. soltando los tornillos se suelta para cambiar el filamento que esta debajo. Y aflojándolos con una lupa binocular se centra la apertura sobre el filamento.

Salud!!

[maca]

hablo sin conocer mucho el tema , pero no podría servirte el cañón de electrones de un televisor antiguo ? , tienen hasta las lentes electrostaticas para el enfoque

[pfdc]

hablo sin conocer mucho el tema , pero no podría servirte el cañón de electrones de un televisor antiguo ? , tienen hasta las lentes electrostaticas para el enfoque

Seria una buena solución pero el cañón de electrones de un tubo de TV esta pensado para focalizar los electrones en un circulo de 1mm tal vez puedas conseguirlo en 0,1 mm pero para un microscopio electrónico necesitas focalizar en un circulo de 3 nm o menos, para conseguir esto la fuente de electrones debe ser todo lo puntual que puedas y eso es lo que hace el Wehnelt.No creo que nosotros consigamos focalizar en 3 nm pero se puede intentar hacerlo en 30 o 100 nm. Los microscopio que tienen emisión por efecto e campo consiguen fuentes de electrones mas puntuales y mas brillantes pero requieren vacíos mucho mas altos.
Otra razón es que los tubos de TV tienen cátodos de caldeo indirecto recubiertos de óxidos de metales alcalino térreos ( bario , estroncio...) cuando se rompe el vacío de estos tubos el recubrimiento se corrompe y se desprende.
Por ultimo el filamento se funde frecuentemente y hay que cambiarlo, conseguir cañones de tubos monocromos ya no es tan facil.....
Salud!!

[gcr100]

Muy cierto lo que dice el profe, además, conseguir cañones de electrones idénticos seria otro problema.
Profe, si me lo permites quisiera pedirte cambiar el nombre del tema a el de "Microscopio Electrónico de Barrido" ya que no quiero tener muchos hilos abiertos cuando todo va encaminado a lo mismo.
Ayer con calma estuve probando unos transformadores muy curiosos que saque de tarjetas de TV de la basura, son los transformadores de alimentación para CFL de las TV's LCD



conseguí al menos 5 de estos, parecen muy prácticos ideales para alimentar el tubo fotomultiplicador y otras cosas, incluso para probar el sistema a bajas aceleraciones con sus correspondientes rectificadores.



Aquí lo alimente con un simple 555 12v de entrada y salida con 4.2KV a 60Khz, el osciloscopio esta midiendo un divisor de tensión 1000:1 cabe mencionar que el transformador tiene 2 salidas que pueden ser usadas en serie como lo hice yo, o en paralelo para mayor corriente a menor tensión.

[gcr100]

Las aperturas del enlace que has puesto no son para Wehnelt, estas que aquí pongo si son para esto https://www.2spi.com/category/disc-aper ... intenance/ además son mas baratas. En el anterior microscopio el Philips 525 las aperturas se cambiaban, en el actual no. Se cambia la copa entera. No obstante yo llevo mas de 4000 horas de uso del microscopio sin cambiarla por tanto de momento yo no pensaría en ello. El nailon no es el mejor material para trabajar en vacío y mas si se va a calentar como pasa con los terminales del filamento. Mi microscopio emplea filamentos que tiene una base cerámica. Mira aqui https://www.microtonano.com/EBS-Tungste ... a14FP1203B la referencia 14-FP1203 para ver las dimensiones. No son muy caros, 32 $, pero tienes que comprar 10. Puedo regalarte 5 filamentos de estos fundidos para que tu los recompongas empleando hilo de wolframio y tal vez acomodar tu Wehnelt para emplearlos.
La apertura y la forma del filamento te van en buena parte a determinar la resolución del microscopio pero no creo que tu objetivo sea conseguir los 3 nanómetros de un buen aparato comercial porque seria una tarea casi imposible, te conformaras con conseguir 30 o 100 nm. Si quieres los filamentos dame tu dirección por mensaje privado.

Esta es la copa del Wehnelt de mi microscopio. en el centro esta la apertura y los orificios mayores son los de ventilación. soltando los tornillos se suelta para cambiar el filamento que esta debajo. Y aflojándolos con una lupa binocular se centra la apertura sobre el filamento.

Salud!!

Muchas gracias por el ofrecimiento, pero si dices que el nylon funciona bien así los dejo, solo seria cuestión de hacer muchas pruebas para obtener los mejores resultados posibles, y si, no pienso obtener grandes magnificaciones como en uno comercial, pero idealmente quiero obtener mejor definición que con uno óptico.