Ben Krasnow har byggt sin andel av udda contraptions, inklusive en flytande kvävegenerator Tillverkad av en luftkonditionering och ”törstsläckaren”, en brandsläckare av kommersiell kvalitet som kyler, karbonater och doserar sin hemlagade öl. Nu, för ingen annan anledning än att vilja ha en riktig utmaning, valde den 28-årige ingenjören det tuffaste DIY-projektet han kunde föreställa sig: ett hemlagat scanningelektronmikroskop eller SEM. ”Jag ville se om det var möjligt”, säger han.

vetenskapliga laboratorier kommer att betala uppåt på $250,000 för en high-end SEM, och så långt Krasnow kunde hitta, hade ingen individ någonsin byggt en, så han var tvungen att improvisera. Han tillbringade först några veckor på att lära sig den komplexa fysiken bakom instrumentet. Därefter styrde han eBay för billiga komponenter, sorterade genom sin hembutik för strömkällor som kan fungera och byggde sedan vad han inte kunde hitta.

en typisk SEM avfyrar en tunn ström av elektroner vid ett prov, övervakar elektronerna som sparkas upp av påverkan och översätter de resulterande signalerna till en bild.

Krasnow gjorde sin elektronpistol av en tunn volframtråd. Han värmer upp tråden genom att applicera en spänning som släpper ut moln av elektroner. De frigjorda elektronerna går genom ett tunt kopparrör mot provet.

i sina första tester hade Krasnow problem med att sikta elektronstrålen på provet. Så småningom tog han en kylmagnet och flyttade den runt utsidan av glasvakuumkammaren som omger mikroskopet för att justera strålens position. När han fick strålen fokuserad på rätt plats tejpade han magneten på plats.

mikroskopet levererar nu om 50x förstoring, långt ifrån kommersiella SEMs 1,000 x eller mer, men mikroskopexperter säger att det inte minskar prestationen. Kemist Robert Wolkow från University of Alberta kallar det ” en underbar prestation.”Och William Beaty, en forskningsingenjör och hobbyist som också hade hoppats att bygga den första DIY SEM, uttrycker det enklare: ”D’ oh!”

hur det fungerar

tid: 100 timmar
kostnad: $1,500

Display

SEM får sitt namn eftersom elektronstrålen skannar provets yta; den resulterande bilden är i grunden en video av en stillbildsskärm; ämne. För att skapa den videon köpte Krasnow ett gammalt oscilloskop. När strålen rör sig över ytan förändras molnen av elektroner som emitteras från provet och oscilloskopet omvandlar denna fysiska data till en videobild. Fångsten med oscilloskopet är att Krasnow skannar bilden på 1/15 av en sekund för att få en bild, och snabbare skanningar resulterar i bilder med lägre upplösning. Han planerar att digitalisera systemet och ersätta oscilloskopet med en dator, vilket skulle göra det möjligt för honom att skanna långsamt och öka mikroskopets förstoring.

Vakuumkylning

för att upprätthålla mikroskopets tunna stråle av elektroner var Krasnow tvungen att eliminera störningar, så han höll hela enheten i en stor glasklockburk som han hade ljugit runt. Han använde två separata pumpar för att skapa ett vakuum inuti burken. En av de två har en tendens att överhettas, så en akvariepump skickar motorkylvätska förbi överhettningspumpen, drar ut värmen och cyklar vätskan genom en repurposed fönsterenhet luftkonditionering, där den kyls ner innan du upprepar resan.

Retro Style

oscilloskopet och två av strömförsörjningarna ser ut som om de kunde ha räddats från ett rymduppdrag från 1960-talet. Krasnow gillade det estetiska, så han stängde strömförsörjningen i ett liknande färgat rack, arrangerade de andra komponenterna ovanför dem, köpte tomma grå frontplattor, borrade de nödvändiga hålen och monterade krombrytare, röda indikatorlampor, knoppar och mätare som matchade stilen.