Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), для чего она нужна?

Знаете ли вы, что такое электронная микроскопия и что она способна анализировать? Команда материалов ATRIA объясняет это вам в этом посте!

Многие дефекты которые происходят в материалах, трудно объяснить, и определение их причин может быть очень сложной задачей. Однако сегодня в наших руках огромные достижения в технологии микроскопического анализа, которые могут предоставить нам ключевую информацию для поиска объяснения происхождения отказа. . 

Что такое сканирующая электронная микроскопия или SEM ?

Электронная микроскопия основана на испускании сканирующего пучка электронов. на образце, которые взаимодействуют с ним, производя различные типы сигналов, которые собираются детекторами. Наконец, информация, полученная в детекторах, преобразуется для создания изображения высокой четкости. , с разрешением от 0,4 до 20 нанометров. В заключение мы получаем изображение рельефа поверхности нашего образца с высоким разрешением.

С его помощью мы можем изучать различные типы материалов (ниже вы можете видеть, что их подготовка не одинакова во всех случаях):

• Металлы :сталь, алюминий, титан, медь, драгоценные металлы, сплавы, …
• Керамика :стекло, бетон, оксид алюминия, цирконий, карбид, камень, фарфор…
• Полимеры :термопласты, такие как ПП, ПЭ, нейлон; термореактивные материалы, такие как меламин, полиимиды; эластомеры, такие как резина, силикон,…
• Композиты :углеродное волокно, стекловолокно, графит, керамические композиты, смолы, …
• Органические вещества :хлопок, дерево, бактерии, клетки,…

Как работает сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)?

Сканирующие электронные микроскопы (СЭМ) имеют нить накала, которая генерирует пучок электронов, воздействующих на образец. Эти электроны взаимодействуют с исследуемым образцом и возвращают разные сигналы, которые интерпретируются разными детекторами. С помощью этой информации мы можем получить поверхностную информацию от:

• Форма и топография

• Текстура

• Композиция

Взаимодействие электронного луча с поверхностью образца имеет форму «груши», как вы можете видеть на изображении ниже. Проникновение будет зависеть от кВ, на котором мы работаем, стандартом является проплавление 1-5 мкм.

Взаимодействие электронного луча с образцом, модель «груша»

<пред

Детекторы в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ)

Самые распространенные детекторы:

• Детектор вторичных электронов (SE): улавливает энергию вторичных электронов, образующихся в материале при взаимодействии с электронным пучком. Они предоставляют информацию о самой поверхностной текстуре/топографии. поскольку он исходит из самого внешнего слоя («груша», ближайшая к поверхности на нижнем изображении).

• Детектор обратнорассеянных электронов (BSE): он улавливает энергию, исходящую от обратно рассеянных электронов (второй слой «груши»). Он имеет меньшее поверхностное разрешение, но чувствителен к изменениям атомного номера поверхностных элементов и, следовательно, в композиции. Мы будем наблюдать разный оттенок серого в зависимости от атомного веса (более отчетливый, если элемент тяжелее, поскольку он излучает больше энергии и больше «светит»).

• Детектор рентгеновского излучения (EDX, EDS или EDAX ):этот детектор улавливает энергию рентгеновских лучей, генерируемых на поверхности (третий слой «груши»), и они характерны для каждого элемента образца, поэтому они предоставляют нам информацию о элементарная композиция . В отличие от BSE, они предоставляют нам больше информации об образце. позволяет нам полуколичественно узнать состав поверхности нашего образца. EDX могут быть применены к определенной точке на поверхности образца или к области. Когда анализ применяется к области, можно получить карту с различными элементами, которые имеет выбранная область выборки, причем каждый элемент представлен другим цветом. Вы можете увидеть это на изображении одного из наших проектов ниже.

• Детектор рентгеновского излучения (WDS): похож на EDX, но вместо того, чтобы получать энергию всех рентгеновских лучей одновременно, он измеряет только сигнал, генерируемый одним элементом . Это более медленный, но более чувствительный и точный метод.

• Детектор дифрагированных обратно рассеянных электронов (BSE Г) :этот детектор принимает энергию электронов, дифрагированных поверхностью, которые соответствуют закону Брэгга и предоставляют информацию о кристаллической структуре образца.

Слева. Детектор СЭ; Верно. Детектор коровьей энцефалопатии

EDX с микроскопией FEI 

Виды сканирующей электронной микроскопии в зависимости от источника

Возможно, вы видели такие термины, как SEM, FE-SEM или FIB-SEM, знаете ли вы их различия? вперед!:

• SEM : это обычные РЭМ, которые мы уже объяснили, и они имеют тепловой источник электронов.

• FE-SEM (РЭМ с полевой эмиссией):они являются эволюцией и имеют в качестве источника электронов автоэлектронную эмиссию. пушки для получения пучков электронов высокой и низкой энергии. Поскольку эти лучи очень сфокусированы, они обеспечивают лучшее разрешение.

• Двойной луч или FIB-SEM (двухлучевой микроскоп или РЭМ с фокусированным ионным пучком):он имеет две колонки, одну из ионов, а другую под углом 52º к электронам. В ионной колонке используется пучок ионов галлия (Ga+). Ионы Ga + в 130 000 тяжелее электронов, поэтому взаимодействие с образцом сильнее, хотя его проникновение меньше. Кроме того, можно сделать ионные срезы для визуализации внутренних слоев.

Двухлучевое изображение, на котором выполнялась ионная резка

Виды сканирующей электронной микроскопии по вакууму

В зависимости от типа вакуума существует несколько типов РЭМ:

• РЭМ высокого вакуума :образец должен быть сухим и проводящим. Для непроводящих образцов они могут быть покрыты углеродным или металлическим напыляемым слоем.

• Без учета окружающей среды SEM (ESEM) :no se necesita preparación de muestra. SE pueden analizar muestras biológicas y no conductoras sin necesidad de recubrir.

Различия между оптическим микроскопом (ОМ) и сканирующим электронным микроскопом (СЭМ)

Рассказываем об основных отличиях оптического микроскопа от сканирующего электронного микроскопа:

• Увеличивает :оптические микроскопы могут иметь увеличение от 4x до примерно 1000x, тогда как SEM может варьироваться от 10x до более чем 3 000 000x.

• Глубина поля : или то же самое, сколько сэмпла фокусируется одновременно. В случае оптических микроскопов они варьируются от 0,19 мкм до 15 мкм. В РЭМ этот диапазон шире:от 0,4 микрона до 4 мм.

• Решение :оптические микроскопы могут достигать пространственного разрешения около 0,2 микрона, а СЭМ — до 0,4 нм с некоторыми моделями и объективами.

Левое изображение с оптическим микроскопом; Правое СЭМ-изображение с микроскопом Nanoimages.

Преимущества электронной микроскопии по сравнению с другими методами характеризации

Электронная микроскопия — очень полезный метод для определения характеристик материалов, поскольку очень мало образца необходимо, и это неразрушающий метод (при условии, что образец не нужно разрезать, чтобы он поместился на предметном стекле или покрытии), то есть образец не поврежден и может быть восстановлен. Единственное требование, которое вытекает из использования данной технологии, это то, что образец должен быть проводящим, так как получение изображения является продуктом взаимодействия электронов, испускаемых оборудованием, и образцом. Если наш образец не является проводящим, проблем нет, как мы уже видели, поскольку они могут использовать металлизаторы образцов, которые осаждают слой проводящего элемента толщиной в несколько нанометров посредством физического осаждения из паровой фазы, что позволяет получить состав и сканировать электроны. изображения микроскопии через EDX. Полученные изображения имеют высокое разрешение.

Как чисто визуализирующая часть, так и ее детектор EDX являются неразрушающими и быстродействующими методами, поэтому они считаются мощными инструментами для определения характеристик всех типов материалов, поскольку они позволяют нам узнать, какой тип поверхность топология наш образец имеет свои дефекты и его композиция с получением одного изображения.

Микроотверстия, полученные с помощью лазера и наблюдаемые FESEM

 

СЭМ-сканирующая электронная микроскопия.

В ATRIA электронная микроскопия является широко используемым и хорошо известным инструментом. Эти методы используются в разных отраслях. таких как автомобилестроение, строительство, потребительские товары, розничная торговля, оборона, стоматология или упаковка и другие.

Электронная микроскопия может использоваться для приложений так же разнообразны, как:

• Анализ ошибок дизайна продукта :узнать, почему произошел сбой, например, в этом Проекте охарактеризованы морфология и состав дефектов, выявившихся при проверке качества продукции. Другой тип отказа, который можно изучить, это:расслоение, прилипание, …

• В характеристики текстурирования поверхности :когда требуется узнать созданную топографию и структуру, например, с помощью образцов с помощью лазерной технологии, СЭМ является очень полезным инструментом в этом Проекте. это также позволило оптимизировать параметры лазера отмеченного.

• Анализ дефектов поверхности и контроль качества :с помощью SEM можно визуализировать дефекты, узнать типологию, например, в этом Проекте мы изучаем дефекты, которые появляются при нормальном использовании продуктов.

• С исследование загрязнений :благодаря детектору EDX в образцах можно обнаружить нежелательные примеси, которые вызывают проблемы с адгезией, окраской или нарушением конструкции. Вы можете увидеть пример Проекта которые мы провели при изучении загрязняющих веществ в красках, с которыми мы увидели ключевые различия с помощью EDX.

• Морфологическое и структурное исследование :он включает в себя идентификацию и анализ кристаллических фаз и переходов в различных материалах, таких как металлы, полимеры, керамика, минералы или композиты. Благодаря РЭМ можно изучить тип деградации, такой как усталость, коррозия, трещины и т. д.

• Анализ конкурентов: Метод SEM также используется для изучения конкурирующих продуктов и проведения сравнительного анализа.

РЭМ-изображение, на котором видно загрязнение поверхности как более яркие точки, которые не должны появляться, значит, есть плохая адгезия краски

Вам необходимо проанализировать микроструктуру поверхности вашего продукта? Хотели бы вы исследовать те продукты, которые оказались бракованными? Дефект появляется постоянно, и вы хотели бы знать, чем он вызван? Расскажите нам об этом в наших сетях, напишите нам на [email protected] или заполните нашу контактную форму.

Похожие сообщения:

Что такое тесты качества и тесты продуктов

Гидрофобность материалов

Микроструктурирование с помощью лазерной интерференции

МИКРОСТРУКТУРАЦИЯ В ФОРМЕ для улучшения очищающих свойств литьевых пластиков

<сильный>

Связанные проекты:

Исследование необратимых пятен на синтетических тканях

Разработка гидрофильных микроструктур

Анализ ретикуляции металлической краски