Чемпион по наблюдению микроструктуры
Первым шагом для научного исследования или инспекционного контроля является тщательное исследование формы и структуры материала при увеличении. Для этого у нас есть увеличительное стекло или оптический микроскоп. Но применяя оптические приборы, мы не можем видеть ничего меньшего, чем длина волны света, и поэтому наблюдать наноструктуру чрезвычайно сложно.
В представленном здесь сканирующем электронном микроскопе (SEM) используется электронный луч, длина волны которого значительно короче, чем у света, и поэтому становится возможным наблюдение за структурой в масштабе до нескольких нм.
Сканирующий электронный микроскоп, который используется в различных областях, таких как медицина, биология, металлы, полупроводники и керамика, расширяет границы своего применения. Благодаря большому количеству комбинируемых приспособлений и устройств его возможности расширяются. SEM считается одним из самых мощных инструментов, используемых в научно-исследовательских институтах и на объектах контроля качества по всему миру.
Наблюдение за микромиром с помощью электронов
Сканирующий электронный микроскоп (далее «SEM») позволяет четко наблюдать очень маленькие поверхностные структуры, что невозможно с помощью оптического микроскопа (далее «ОМ»). Более того, поскольку он может проецировать изображения с большей глубиной фокуса, он позволяет наблюдать трехмерные изображения с таким же ощущением, как когда мы смотрим на объект невооруженным глазом, за счет увеличения поверхности образца, имеющей неровную структуру.
SEM использует электроны для отображения увеличенного изображения образца таким же образом, как и в просвечивающем электронном микроскопе (далее «TEM»). Поскольку электрон имеет более короткую длину волны, чем свет, он позволяет нам наблюдать меньшие объекты, чем можно увидеть с помощью ОМ. Слово «разрешение» относится к наименьшему размеру, который можно четко наблюдать (кратчайшее расстояние между двумя соседними точками… разрешение человеческого глаза составляет 0,2 мм). Разрешение TEM составляет от 0,1 до 0,3 нм, а разрешение SEM - от 0,5 до 4 нм.
Причина, по которой разрешение SEM ниже, чем разрешение TEM, объясняется тем фактом, что длина волны электронов становится больше из-за того, что ускоряющее напряжение электронов, используемых в SEM, составляет всего от нескольких кВ до нескольких десятков кВ, а также характерной разностью электромагнитных линз, используемых для сведения электронных лучей.
TEM обеспечивает увеличенное изображение, проецируемое на флуоресцентный экран, где изображение формируется электронами, прошедшими через тонко подготовленный образец. Для сравнения, SEM формирует изображение с использованием электронов, которые были отражены от поверхности образца.
Почему образец можно наблюдать с помощью электронов?
Из пятна, освещенного электронным лучом, испускаются различные сигналы, такие как вторичные электроны, обратно рассеянные электроны, характеристическое рентгеновское излучение и катодолюминесценция, в зависимости от формы образца, плотности вещества и элементов, содержащихся внутри.
Сканирующий электронный микроскоп (SEM) обычно обнаруживает вторичные электроны, чтобы сформировать изображение для наблюдения. Поскольку интенсивность генерируемых вторичных электронов изменяется в зависимости от угла падения электронов на поверхность образца, незначительные изменения шероховатости поверхности могут быть выражены в соответствии с интенсивностью сигнала.
Четкие 3D-изображения и простое управление
Теперь давайте посмотрим на процесс наблюдения изображения на примере биологического образца.
Биологический образец требует предварительной обработки, называемой подготовкой образца. Это важно для защиты уязвимого образца от повреждений из-за тепла, вызванного ливнем электронного луча. Кроме того, такой образец, как биологическая ткань, которая содержит воду, необходимо обезвоживать перед помещением в камеру для образцов, в которой поддерживается высокий вакуум. После химической фиксации образец обезвоживается, чтобы предотвратить деформацию при удалении воды, и фиксируется на держателе образца специальной пастой или липкой лентой. Затем вся поверхность образца тонко покрывается металлическими частицами, такими как Au или Pt-Pd, с использованием методов распыления или осаждения из паровой фазы. Металлическое покрытие предотвращает образование заряда на поверхности образца и увеличивает выход вторичных электронов, что, следовательно, способствует получению четких сигналов изображения. После завершения подготовки образец закрепляют на предметном столике, помещают в камеру для образцов, а затем из камеры откачивают воздух. Эвакуация образца автоматизирована и завершается за одну минуту.
Теперь вы готовы работать с прибором для выполнения наблюдения.
Это настолько просто, что не требуется специальной квалификации. Установите, например, ускоряющее напряжение 20 кВ (примерно такая же энергия электронов, как у цветного телевизора). Более высокие ускоряющие напряжения дают лучшее разрешение, но также увеличивается повреждение образца.
Если вы хотите наблюдать поверхность образца с очень небольшими повреждениями, следует использовать низкое ускоряющее напряжение, например несколько кВ. Затем нагрейте нить, чтобы испустить электроны. Они фокусируются в электронный луч, регулируя линзу магнитного поля с помощью ручки управления.
Некоторые инструменты оснащены функцией автоматической фокусировки. Затем отрегулируйте увеличение. Вы определяете интересующую вас область, выполняя поиск с малым увеличением, а затем можете постепенно добавлять кратность увеличения, чтобы отобразить и сохранить увеличенное изображение.
Как видно на фотографии, большая глубина фокуса, чем у оптических микроскопов, позволяет SEM создавать четкие трехмерные изображения.
Эта фотография была сделана с помощью сканирующего электронного микроскопа с низким вакуумом и обработана псевдоцветом.
Фотография:
Предоставлена профессором Такаши Цурухара и г-ном Хидехиро Касахара - Токийский университет Гакугей, биология
(Покрытие Au после сублимационной сушки в пробирке для образца после фиксации / дегидратации)
Отличная производительность для наблюдения и анализа поверхности
Существует много типов сканирующих электронных микроскопов, от обычного типа, в котором в качестве источника электронов используется вольфрамовая нить накала, до более специализированного типа, который с установленной автоэмиссионной электронной пушкой обеспечивает более высокое разрешение и увеличение.
Добавив такие приспособления, как детектор рентгеновского излучения для элементного анализа, детектор обратно рассеянных электронов для наблюдения за составом и EBSD (дифракция обратно рассеянных электронов) для анализа кристаллов, можно еще больше расширить универсальность измерений.
Различные функции SEM
Узнайте больше о Настольном сканирующем электронном микроскопе JEOL NeoScope JCM-7000 SEM
Запросите дополнительную информацию .
Запросить демонстрацию .