O tubo de Raios Catódicos, que permitiu o desenvolvimento da Televisão, também permitiu o desenvolvimento do microscópio eletrônico.

O primeiro microscópio eletrônico de transmissão foi desenvolvido pelo físico Ernst Ruska e pelo engenheiro eletrônico Max Knoll 1933.

Na década de 60 o engenheiro eletrônico britânico Charles Oatley desenvolveu o primeiro microscópio eletrônico de varredura, que permite imagens em 3D.


Inventado no século XIX, o tubo de raios catódicos (usado em TVs, monitores, microscópios eletrônicos, etc), foi alvo de pesquisas de muitos cientistas da época.

Em 1838 o físico britânico Michael Faraday fez passar uma corrente elétrica em um tubo com ar rarefeito e observou um arco de luz. Em 1857 o físico alemão Heinrich Geissler reduziu a pressão para 0.001 atm, aplicou uma tensão de 100 KV entre o catodo e o anodo e observou uma luz em todo o tubo. A luz era criada pela colisão dos elétrons nos átomos de oxigênio e nitrogênio. O físico britânico William Crookes reduziu a pressão para 0.000001 atm e a luz começou a diminuir até que ela aparecia no fim do tubo, no anodo. Com poucos átomos de oxigênio e nitrogênio, os elétrons conseguiam chegar até o anodo. Em 1869 o físico alemão Johann Hittorf percebeu que partículas eram emitidas em linha reta do catodo em direção ao anodo. Em 1876 o físico alemão Eugen Goldstein nomeou de raios catódicos.

Havia um debate muito grande acerca da natureza dos raios catódicos. Alguns cientistas achavam que eram átomos, outros que eram radiação eletromagnética. Com experimentos, mostrava-se que os raios catódicos formavam sombras no anodo se bloqueados com algum objeto e atravessavam finas placas metálicas, como o ouro (experimento de Ernest Rutherford).

Em 1897 o físico britânico J. J. Thomson fez uma das maiores descobertas cientificas do século XIX: concluiu que os raios catódicos eram partículas diferentes de átomos, que depois passariam a seriam chamadas de elétrons. Thomson aplicou um campo magnético que desviou os raios catódicos, provando que tinham carga negativa e não eram ondas eletromagnéticas.

Os tubos de Crookes usavam a ionização do gás (catodo frio) para produzir os raios catódicos. Um método mais eficiente, o catodo quente (emissão termiônica) pesquisado pelos físicos alemães Johann Wilhelm Hittorf e Eugen Goldstein e por Thomas Edison. Em 1897 o físico alemão Ferdinand Braun construiu o primeiro tubo de raios catódicos usando fósforo na tela com catodo frio. Em 1922 os físicos americanos John B. Johnson e Harry Weiner Weinhart construiram o primeiro tubo de raios catódicos com catodo quente, usado até hoje em TVs, monitores e microscópios eletrônicos.

Em 1909 o físico americano Robert Millikan mediu a carga elétrica do elétron com precisão. Em 1914, o físico neozelandês Ernest Rutherford, os físicos alemães James Franck e Gustav Hertz e o físico britânico Henry Moseley determinaram que o átomo eram composto de um núcleo de partículas com cargas positivas (próton) cercado por elétrons. Em 1916, o químico americano Gilbert Newton Lewis explicou a ligação covalente como sendo o compartilhamento de elétrons por átomos. Em 1919, o químico americano Irving Langmuir demonstrou que os elétrons orbitavam o núcleo em camadas quase esféricas e concêntricas, igualmente espaçadas. Em 1932 o físico britânico James Chadwick descobriu o nêutron.

O físico alemão Ernst Abbe demonstrou que a resolução de um microscópio ótico é limitada pelo comprimento de onda da luz. Físicos da empresa Carl Zeiss desenvolveram um microscópio ótico que usava luz ultra-violeta (com lentes de cristal de quartzo) e tinha o dobro da resolução de um microscópio de luz visível. Em 1927 o físico francês Louis de Broglie teorizou a natureza ondulatória das partículas. Um microscópio que usasse feixe de elétrons (emitido por um tubo de raios catódicos) em vez de luz teria uma resolução muito maior, pois um feixe de elétrons tem um comprimento de onda muito menor que a luz.

Em 1927 os físicos americanos Clinton Davisson e Lester Germer do Bell Labs provaram a natureza ondulatória das partículas (como os elétrons) ao observarem os espalhamento de elétrons em sólidos cristalinos. O feixe de elétrons sofria difração, de forma semelhante ao espalhamento de Raios-X em cristais, conhecido como difração de Raios-X, que foi estudado pelo físico britânico William Henry Bragg.

Em 1933, o físico alemão Ernst Ruska e o engenheiro eletrônico alemão Max Knoll desenvolveram o primeiro microscópio eletrônico de transmissão [Transmission Electron Microscope (TEM)], usado para observar amostras em cortes ultra-finos e que tinha ampliação de algumas centenas de vezes. Pouco tempo depois foi desenvolvido o primeiro microscópio eletrônico de transmissão com maior resolução que um microscópio ótico.

Na década de 60 o engenheiro eletrônico britânico Charles Oatley desenvolveu o primeiro microscópio eletrônico de varredura [Scanning Electron Microscope (SEM)], usado para observar superfícies de amostras e que permite imagens em 3D.

Na década de 70 o físico britânico Albert Crewe da universidade de Chicago desenvolveu o microscópio eletrônico de transmissão de varredura [Scanning Transmission Electron Microscope (STEM)], aumentando ainda mais a resolução dos microscópios eletrônicos.

Em 1981, físicos da IBM de Zurich, Suíça, desenvolveram o microscópio eletrônico de tunelamento, que com ampliações de até 50 milhões de vezes permite ver e manipular átomos.

Os microscópios eletrônicos evoluíram muito ao longo de décadas, incorporando os avanços da física, da eletrônica e da computação.


• Os microscópios óticos usam lentes de vidro para focalizar a luz.

• Os microscópios eletrônicos usam “lentes magnéticas” (bobinas que criam campos magnéticos) para focalizar o feixe de elétrons.

No microscópio eletrônico a ampliação é conseguida variando-se a corrente elétrica das bobinas.

Devido ao fenômeno ótico da difração, os microscópios óticos tem uma resolução mínima de 200 nm (nanômetros) ou 0,2 µm, 500 vezes melhor que o olho humano, que é de 0.1 mm.

O comprimento de onda do feixe de elétrons é milhares de vezes menor do que o comprimento de onda da luz e portanto os microscópios eletrônicos tem resolução muito menor. Os microscópios eletrônicos de transmissão modernos tem resolução de 0.1 nm (nanômetros), 2 mil vezes menor que os microscópios óticos.

Um microscópio ótico tem capacidade de ampliação de menos de 2 mil vezes. Um microscópio de eletrônico de varredura tem capacidade de ampliação de 500 mil vezes. Um microscópio eletrônico de transmissão tem capacidade de ampliação de mais de 1 milhão de vezes.

Microscópios eletrônicos são equipamentos muito complexos, caros e tem elevado custo operacional. Necessitam de fontes muitíssimo estáveis de alta tensão (dezenas/centenas de milhares de volts). São muito sensíveis a vibrações mecânicas e a interferência de campos magnéticos externos.

No microscópio eletrônico de varredura moderno, o feixe de elétrons varre a amostra e sensores captam os elétrons retroespalhados, elétrons secundários e os raio X emitidos para construir a imagem o mais próximo possível da realidade.

Não é possível observar material vivo no microscópio eletrônico, pois as amostras devem ser fatiadas, desidratadas, impregnadas em resinas, revestidas de metais pesados (ouro, cádmio, chumbo, platina, prata, tungstênio, etc) e observadas no vácuo, para que as moléculas dos gases da atmosfera não interfiram no feixe de elétrons.


Os microscópios eletrônicos são usados na:

• geologia, química, física, engenharia de materiais, engenharia química e engenharia mecânica (estudo de rochas, minerais, ligas metálicas, materiais sintéticos, corrosão, fadiga, etc)
• engenharia eletrônica (circuitos integrados e semicondutores)
• biologia, medicina e na industria farmacêutica



http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope

http://en.wikipedia.org/wiki/Transmi...ron_microscope

http://en.wikipedia.org/wiki/Scannin...ron_microscopy

http://en.wikipedia.org/wiki/Scannin...ron_microscope

http://en.wikipedia.org/wiki/Cathode_ray

http://en.wikipedia.org/wiki/Cathode_ray_tube

http://en.wikipedia.org/wiki/Electron

http://ernst.ruska.de/daten_e/librar...e/lecture.html




Knoll e Ruska (1967)



Knoll e Ruska (1944)



Esquema muito simplificado de um Microscópio Eletrônico de Transmissão




Esquema muito simplificado de um Microscópio Eletrônico de Varredura





Microscópio Eletrônico de Transmissão --- 1936 (ampliação de 12 mil vezes)





Microscópio Eletrônico de Transmissão --- 1973 (Siemens)







Um microscópio ótico tem como limite físico resolução de 200 nm (nanômetros) e ampliação máxima de menos de 2 mil vezes

Por não usar luz visível, imagens coloridas de um microscópio eletrônico são na verdade coloridas artificialmente



Moderno Microscópio Eletrônico de Varredura - Resolução de 1.5 nm (nanômetro) e ampliação máxima de 500 mil vezes







Moderno Microscópio Eletrônico de Transmissão - Resolução de 0.1 nm (nanômetros) e ampliação máxima de 1.5 milhões de vezes