Ben Krasnow hat seinen Anteil an seltsamen Geräten gebaut, darunter einen Flüssigstickstoffgenerator aus einer Klimaanlage und den „Durstlöscher“, einen handelsüblichen Feuerlöscher, der sein hausgemachtes Bier kühlt, kohlensäurehaltig macht und ausgibt. Jetzt, aus keinem anderen Grund als eine echte Herausforderung zu wollen, wählte der 28-jährige Ingenieur das härteste DIY-Projekt, das er sich vorstellen konnte: ein selbstgebautes Rasterelektronenmikroskop oder SEM. „Ich wollte sehen, ob es möglich ist“, sagt er.

Wissenschaftliche Labore werden mehr als 250.000 US-Dollar für ein High-End-SEM bezahlen, und soweit Krasnow finden konnte, hatte noch nie jemand eines gebaut, also musste er improvisieren. Er verbrachte zunächst einige Wochen damit, sich die komplexe Physik hinter dem Instrument beizubringen. Als nächstes durchsuchte er eBay nach billigen Komponenten, sortierte in seinem Laden nach Stromquellen, die funktionieren könnten, und baute dann, was er nicht finden konnte.

Ein typisches REM feuert einen dünnen Elektronenstrom auf eine Probe, überwacht die durch den Aufprall aufgeworfenen Elektronen und übersetzt die resultierenden Signale in ein Bild.

Krasnow fertigte seine Elektronenkanone aus einem dünnen Wolframdraht. Er erwärmt den Draht durch Anlegen einer Spannung, die Elektronenwolken freisetzt. Die freigesetzten Elektronen rasen durch ein dünnes Kupferrohr in Richtung Probe.

In seinen ersten Tests hatte Krasnow Probleme, den Elektronenstrahl auf die Probe zu richten. Schließlich nahm er einen Kühlschrankmagneten und bewegte ihn um die Außenseite der Glasvakuumkammer, die das Mikroskop umgibt, um die Position des Strahls einzustellen. Als er den Strahl an der richtigen Stelle fokussierte, klebte er den Magneten fest.

Das Mikroskop liefert jetzt eine etwa 50-fache Vergrößerung, weit entfernt von kommerziellen SEMs ‚1.000x oder mehr, aber Mikroskopexperten sagen, dass dies die Leistung nicht verringert. Chemiker Robert Wolkow von der University of Alberta nennt es „eine wunderbare Leistung.“ Und William Beaty, ein Forschungsingenieur und Bastler, der auch gehofft hatte, das erste DIY-SEM zu bauen, drückt es einfacher aus: „D’oh!“

Wie Es Funktioniert

Zeit: 100 stunden
Kosten: $1,500

Display

Die SEM hat seinen namen, weil die elektronen strahl scannt die oberfläche der probe; die resultierende bild ist im grunde eine video von thema. Um dieses Video zu erstellen, kaufte Krasnow ein altes Oszilloskop. Wenn sich der Strahl über die Oberfläche bewegt, ändern sich die Elektronenwolken, die von der Probe emittiert werden, und das Oszilloskop wandelt diese physikalischen Daten in ein Videobild um. Der Haken am Oszilloskop ist, dass Krasnow das Bild in 1/15 Sekunde scannt, um ein Bild zu erhalten, und schnellere Scans führen zu Bildern mit niedrigerer Auflösung. Er plant, das System zu digitalisieren und das Oszilloskop durch einen Computer zu ersetzen, der es ihm ermöglichen soll, langsam zu scannen und die Vergrößerung des Mikroskops zu erhöhen.

Vakuumkühlung

Um den dünnen Elektronenstrahl des Mikroskops zu erhalten, musste Krasnow jegliche Interferenz beseitigen, und so brachte er das gesamte Gerät in einer großen Glasglocke unter, die er herumliegen hatte. Er verwendete zwei separate Pumpen, um ein Vakuum im Glas zu erzeugen. Einer der beiden neigt zur Überhitzung, So dass eine Aquariumpumpe Motorkühlmittel an der Überhitzungspumpe vorbeiführt, die Wärme abzieht und die Flüssigkeit durch eine umgewidmete Klimaanlage der Fenstereinheit zirkuliert, wo sie abgekühlt wird, bevor die Fahrt wiederholt wird.

Retro Style

Das Oszilloskop und zwei der Netzteile sehen aus, als wären sie aus einer Weltraummission der 1960er Jahre geborgen worden. Krasnow mochte die Ästhetik, also schloss er die Netzteile in ein ähnlich farbiges Rack ein, ordnete die anderen Komponenten darüber an, kaufte leere graue Frontplatten, bohrte die erforderlichen Löcher und montierte verchromte Kippschalter, rote Anzeigeleuchten, Knöpfe und Messgeräte, die dem Stil entsprachen.