In Situ Caracterização de partículas boemita na água usando o líquido SEM

O objetivo geral deste procedimento de imagem de microscopia eletrônica de varredura líquida in situ é fornecer conhecimento técnico para imagens e análises eficientes de partículas em líquidos em SEM convencional de alto vácuo usando um módulo microfluídico compatível com vácuo. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da microscopia e microanálise, como caracterizar o tamanho e a morfologia das partículas em evolução respondendo às mudanças ambientais. A principal vantagem desta técnica é que podemos visualizar diretamente partículas polidispersas em líquido sem secar ou congelar a amostra em modo de alto vácuo e também sem recorrer a MEV ambiental.

A implicação desta técnica se estende para a análise eficiente dos vários materiais líquidos e as amostras biológicas usando SEM, porque muitos deles funcionam ou existem apenas em líquido. A demonstração visual desse método é crítica, pois as etapas simples de montagem e imagem in situ são difíceis de aprender porque são diferentes das amostras sólidas regulares. Comece este procedimento com revestimento de carbono do sistema para análise na interface de vácuo líquido, ou dispositivo SALVI, conforme descrito no protocolo da tecnologia.

A montagem do dispositivo microfluídico no estágio de MEV é bastante crítica para o sucesso da análise de SEM líquida in situ. Certifique-se de que o dispositivo esteja devidamente aterrado e protegido para minimizar o efeito de carregamento antes do experimento. Para montar o dispositivo SALVI no estágio SEM, primeiro abra a porta da câmara de amostra SEM com cuidado após a conclusão da ventilação.

Selecione o suporte de amostra SEM. Fixe o suporte no centro do stage usando o parafuso apropriado e a chave sextavada. Coloque duas tiras de fita de carbono dupla face no suporte da amostra.

Em seguida, cole o dispositivo SALVI na fita de carbono colocada no suporte com o lado da membrana de nitreto de silício voltado para cima. Imobilize com segurança o SALVI no suporte da amostra usando duas tiras adicionais de fita de cobre de face única para ligar o bloco SALVI PDMS ao suporte da amostra SEM. Além disso, use as fitas de cobre para conectar a estrutura de nitreto de silício e o suporte de amostra de metal.

Certifique-se de que a fita não cubra completamente a membrana de nitreto de silício. Para bombear a câmara de amostra, feche a porta da câmara de amostra, selecione o modo de alto vácuo na GUI do software SEM na página de controle do feixe, clique no botão da bomba na página de controle do feixe para iniciar a aspiração. Aplique pressão manualmente na porta da câmara até que o vácuo desejado seja estabelecido.

Em seguida, faça aberturas na membrana de nitreto de silício usando feixe de íons focalizado, ou FIB, conforme descrito no protocolo da tecnologia. Após o procedimento, desligue o feixe de elétrons e o feixe de íons para ventilar a câmara clicando no feixe quando a área de imagem do feixe correspondente for ativada. Clique em ventilação na página de controle do feixe para ventilar a câmara de amostra.

Abra cuidadosamente a porta da câmara SEM depois de totalmente ventilada, deixando o dispositivo SALVI como está no palco. Retire um mililitro de água deionizada em uma seringa estéril e conecte a seringa à entrada do dispositivo microfluídico usando um adaptador de tubo de politetrafluoretileno. Injete lentamente o líquido por três a cinco minutos.

Repita este processo três vezes usando um mililitro de 10 microgramas por mililitro de oxi-hidróxido de alumínio para garantir que a concentração da amostra não seja diluída pela água deionizada pré-carregada. Após a injeção, retire a seringa. Conecte a entrada e a saída do SALVI usando a união de poliéter éter cetona.

Seque qualquer líquido fora do SALVI com lenços umedecidos. Se houver bolhas dentro da tubulação ou microcanal, refaça a injeção de amostra até que nenhuma bolha seja vista dentro da tubulação. Para tirar imagens usando o ETD e o modo de elétrons secundários, primeiro feche a porta da câmara da amostra.

Depois de estabelecer o vácuo desejado na porta da câmara como antes, ative a área de imagem do feixe de elétrons clicando no ícone de pausa na barra de ferramentas. Ligue o feixe de elétrons clicando no botão de ativação do feixe na página de controle do feixe. Selecione o ETD e o modo de elétrons secundário para geração de imagens no menu suspenso do detector.

Ao selecionar as condições ideais, é muito importante ser capaz de obter imagens de alta qualidade. Neste trabalho, mostraremos um conjunto de condições adequadas para uma imagem eletrônica secundária de elementos leves como o silício de alumínio. Ao analisar outros elementos como ferro e níquel, as condições de operação devem ser modificadas para otimizar a imagem eletrônica secundária.

Defina a tensão de aceleração para oito quiloelétrons-volts e a corrente do feixe para aproximadamente 0,47 nanoamperes nas caixas de listagem correspondentes exibidas na barra de ferramentas da GUI na área de imagem do feixe de elétrons. Defina a distância de trabalho como sete milímetros digitando sete na caixa de texto da coordenada Z na página de navegação quando a distância real for selecionada. Amplie o recurso para 1.000 X e gire os botões de contraste, brilho, grosso e fino na interface do usuário manual para otimizar a imagem do recurso de partícula.

Centralize o primeiro orifício na imagem ao vivo da área de imagem do feixe de elétrons girando os botões de deslocamento X e Y na placa de interface do usuário manual, amplie as imagens com partículas para ampliação de 200.000 X girando o botão de ampliação na placa de interface do usuário manual. Selecione a resolução da tela para 1.024 por 884 na caixa de listagem na barra de ferramentas. Em seguida, defina a taxa de varredura como 30 microssegundos na caixa de listagem na barra de ferramentas.

Pressione a tecla F4 para tirar o instantâneo da imagem atual mostrada na área de imagem do feixe de elétrons. Pressione as teclas control e S para salvar a imagem como um arquivo TIF no local desejado com o nome do arquivo definido, incluindo um número incremental. Diminua o zoom girando o botão de ampliação para localizar o próximo orifício adjacente.

Repita essas operações para obter imagens das partículas de oxi-hidróxido de alumínio no restante dos orifícios. Para realizar análises elementares usando espectroscopia de raios X por dispersão de energia, ou EDX, insira os detectores de espectroscopia de dispersão de energia na câmara. Selecione o ETD no monitor de controle do microscópio.

Em seguida, selecione o modo de elétron secundário para visualizar a amostra na área de imagem do feixe de elétrons e defina os parâmetros como antes. Amplie as partículas de oxi-hidróxido de alumínio em cada orifício com uma ampliação de 200.000 X girando o botão de ampliação na placa de interface do usuário manual. Em seguida, abra o software EDAC associado.

Clique em começar a gravar novos espectros na interface do usuário para coletar o espectro EDX. Selecione ID de pico para escolher os elementos prováveis do espectro. Em seguida, digite os elementos observados no campo do elemento.

Clique em adicionar para aplicar o elemento ao espectro. Clique em arquivo e, em seguida, clique em salvar como. Salve os dados espectrais no formato CSV usando o nome de arquivo desejado para plotagem usando um software gráfico.

Depois de terminar a imagem e o registro do espectro para cada um dos orifícios, desligue o feixe de elétrons clicando no botão de ativação do feixe na página de controle do feixe quando a área de imagem do feixe de elétrons estiver ativada. Ventile a câmara SEM clicando em ventilar na mesma página. Retire cuidadosamente a amostra do palco, removendo todas as fitas depois que a porta da câmara estiver aberta.

Repita o procedimento para realizar os experimentos de controle usando água deionizada e um microcanal vazio. Por fim, plote o espectro EDX conforme descrito no protocolo da tecnologia. Usando a interface microfluídica SALVI, o feixe de elétrons pode bombardear diretamente a pequena abertura de tamanho micrométrico com líquido embaixo.

As partículas de boemita na água deionizada foram comparadas com o controle de água deionizada e o controle de canal vazio em suas imagens eletrônicas secundárias. Isso fornece evidências diretas de imagens eletrônicas secundárias de partículas de boemita no líquido. A visualização da partícula em água deionizada dentro do orifício de um micrômetro demonstra a viabilidade de observar partículas em líquido in situ.

Na amostra de Boehmite, observa-se um forte pico de alumínio. Em contraste, apenas um forte pico de oxigênio é observado na amostra deionizada, indicando a observação de água. No canal vazio, o resíduo do feixe de íons focado no gálio é visto.

O pico de oxigênio é muito pequeno porque não há água dentro. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em algumas horas se for executada corretamente. Geralmente, indivíduos novos neste método terão dificuldades porque é difícil visualizar diretamente líquidos em MEV de alto vácuo.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como caracterizar partículas em líquido usando SEM líquido in situ com SALVI. Ao tentar este procedimento, é muito importante lembrar que o microrreator deve estar livre de vazamentos antes de ser montado no estágio de MEV. Após este procedimento, outros métodos como TOF-SIMS ou RMN podem ser realizados para responder a perguntas adicionais, como composição molecular e mapeamento de campo fluídico.

Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo das ciências dos materiais, engenharia química e engenharia nuclear explorarem o tamanho das partículas e as mudanças morfológicas em um ambiente de líquido cáustico. Não se esqueça de que, ao trabalhar com análise de superfície usando MEV, luvas e óculos de proteção devem ser usados ao realizar este procedimento.