3.13: Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)

1. Numunenin Hazırlanması

1. Numuneyi numune saplamasına yerleştirin. Gerekirse, numuneyi saplamaya yapışkan bir şekilde yapıştırmak için karbon bant kullanılabilir.
2. Numuneyi bir altın püskürtme sistemine yerleştirin. Mini altın püskürtme kullanarak, ~ 70 mTorr basınçta 30 saniye boyunca altın püskürtün. Numunenin geometrisine bağlı olarak farklı bir altın tabaka kalınlığı gerekli olabilir. Daha pürüzlü veya gözenekli yüzey, daha uzun bir püskürtme süresi gerektirir.
3. Altın püskürtme sisteminden saplamayı çıkarın.

2. Örnek Yerleştirme ve SEM Başlatma

1. SEM odasını havalandırın ve odanın nominal basınca ulaşmasını sağlayın.
2. SEM numune bölmesini açın ve numune aşamasını çıkarın.
3. Numuneyi içeren numune saplamasını sahneye yerleştirin. Saplamayı yerine sıkın.
4. Z-mesafesi yazılım tarafından kontrol edilemiyorsa, daha iyi görüntü elde etmek için numune saplamalı numune aşamasının uygun yüksekliğe sahip olduğundan emin olun.
5. Numune aşamasını numune haznesine koyun. Numune bölmesini kapatın.
6. Pompaları açın ve sistemin vakuma ulaşmasına izin verin. Bu işlem tamamlandığında sistem kullanıcıyı bilgilendirecektir.
7. SEM yazılımını açın. 1–30 kV arasında istenen çalışma voltajını seçin. Daha yüksek çalışma voltajı daha iyi görüntü kontrastı sağlar, ancak numunede yükler birikirse daha düşük çözünürlük sağlayabilir.

3. SEM Görüntüsünü Yakalama

1. Anahtar simgesine tıklayarak SEM yazılımında 'Otomatik Odaklama'yı başlatın. Bu, başlangıç noktası olarak kullanmak üzere örneğin odaklanmış bir görüntüsünü elde edecektir.
2. Büyütmenin minimum 50X yakınlaştırma düzeyine ayarlandığından emin olun.
3. 'Hızlı tarama' modunu seçin.
4. Kaba bir odak elde edilene kadar odağı kaba modda ayarlayın.
5. Ayarlayıntage ilgilenilen bölge ekranda görünecek şekilde dış düğmeleri kullanarak manuel olarak.
6. İstenen özellik gözlenene kadar büyütme seviyesini artırın. Görüntüyü bu büyütmede kabaca odaklamak için kaba odaklama düğmesini ayarlayın. Ardından, istenen büyütme seviyesinde odaklanmış bir görüntü elde etmek için ince odaklama düğmesini kullanarak odağı iyileştirin. Büyütme seviyesi her arttığında bu adım tekrarlanacaktır.
7. İstenen büyütme oranına ulaşıldığında, netliği artırmak için ince odaklama düğmesini ayarlayın.
8. Görüntü netliğini optimize etmek için büyütmeyi maksimum seviyeye yakın bir şekilde artırın ve ardından ince odak düğmesini kullanarak görüntüyü odaklayın. Net bir görüntü elde edilemiyorsa, damgalamayı hem x hem de y yönünde ayarlayın. Abartılı büyütme seviyesinde en net görüntü elde edilene kadar odağı ve gölgeleri ayarlamaya devam edin.
9. Numunenin kaliteli bir görüntüsüne ulaştıktan sonra, istenen büyütme seviyesine geri dönün. Görüntü, 'yavaş fotoğraf' veya 'hızlı fotoğraf' modunda fotoğraf düğmesine basılarak çekilebilir. 'Yavaş fotoğraf' modu, görüntünün daha kaliteli ve yüksek çözünürlüğünü sağlar.

4. SEM Yazılımını Kullanarak Ölçüm Yapma

1. 'Paneller' açılır listesinde, 'M. Araçlar'ı seçin.
2. Uzunluk, alan ve açı gibi çeşitli ölçümler doğrudan SEM yazılımında ölçülebilir. Bu ölçümlerden birini gerçekleştirmek için, M. Tools penceresinde istediğiniz simgeye tıklayın.
3. SEM görüntüsündeki ölçüm sitesine ilerleyin. Ölçümler, yazılım tarafından analiz edilecek referans noktaları oluşturmak için resme tıklanarak yapılır. Ölçülen veri noktaları, kullanıcı tarafından istenirse doğrudan görüntüye eklenebilir.
4. Görüntüler daha sonra bilgisayara kaydedilir.

Taramalı elektron mikroskobu veya SEM, bir numunenin yüzey yapısını ve kimyasal bileşimini analiz etmek için taranmış bir elektron ışını kullanan kimya ve malzeme analizinde kullanılan güçlü bir tekniktir.

Modern ışık mikroskopları, görünür ışık dalgalarının kırınım adı verilen bir nesneyle etkileşimi ile sınırlıdır. İki nesne arasındaki çözülebilir en küçük mesafe veya yanal çözünürlük, nesne boyutuna kıyasla kırınım modelinin boyutuna bağlı olarak değişir. Sonuç olarak, ışık mikroskopları ideal durumlarda maksimum 1.000X'e kadar büyütmeye ve 200 nm'ye kadar yanal çözünürlüğe sahiptir.

SEM, ışık yerine bir elektron demeti kullandığı için kırınım ile sınırlı değildir. Bu nedenle, bir SEM, nanometre altı yanal çözünürlükle bir milyon X'e kadar büyütmelere ulaşabilir. Ayrıca SEM, ışık mikroskobunda olduğu gibi sadece odak düzlemindeki görüntüleme özellikleri ile sınırlı değildir. Böylece, odak düzleminin dışındaki nesneler, bulanık göründükleri ışık mikroskobunun aksine çözülür. Bu, SEM ile 300 kata kadar daha fazla alan derinliği sağlar.

Kimyagerler, katalizör parçacıkları gibi nano ölçekli varlıkların yüzey bileşimini, yapısını ve şeklini analiz etmek için SEM'i yaygın olarak kullanır.

? Bu video, SEM cihazının ilkelerini ana hatlarıyla belirtecek ve laboratuvarda SEM numunesi hazırlama ve çalıştırmanın temellerini gösterecektir.

SEM'de, geleneksel görüntüleme için numunelerin iletken olması gerekir. İletken olmayan numuneler, altın gibi ince bir metal tabakası ile kaplanır. Görüntüler daha sonra numune boyunca odaklanmış bir yüksek enerjili elektron demetinin taranmasıyla oluşturulur.

SEM'de kullanılan elektron ışını, bir tungsten filament katot ile donatılmış bir elektron tabancası tarafından üretilir. Elektronlar, bir elektrik alanı tarafından numune yönünde anoda doğru itilir.

Elektron ışını daha sonra kondansatör merceklere odaklanır ve objektif merceğe girer. Objektif lens, elektron ışınını numune üzerinde sabit bir konuma odaklamak için kullanıcı tarafından kalibre edilmelidir. Odaklanmış ışın daha sonra numune boyunca raster olarak taranır.

Birincil elektronlar numune ile etkileşime girdiğinde, elektron ışını enerjisine bağlı bir derinliğe tünel açarlar. Yüzeyle bu etkileşim, daha sonra ilgili dedektörleri tarafından ölçülen ikincil ve geri saçılan elektronların emisyonuna neden olur.

Yayılan ikincil elektronların sinyal yoğunluğu, numunenin açısına bağlı olarak değişir. Işına dik yüzeyler daha az ikincil elektron açığa çıkarır ve bu nedenle daha koyu görünür. Yüzeylerin kenarında daha fazla elektron salınır ve alan daha parlak görünür. Bu fenomen, asbestin bu SEM taramasında gösterildiği gibi, iyi tanımlanmış bir 3D görünüme sahip görüntüler üretir.

Buna karşılık, geri saçılan elektronlar, elektron demetinin zıt yönünde yansıtılır. Algılama yoğunluğu, numunenin atom numarası arttıkça artar ve camdaki inklüzyonların bu geri saçılma görüntüsünde gösterildiği gibi, bir yüzeyin bileşim bilgilerinin elde edilmesini sağlar.

Artık SEM cihazının ilkeleri ana hatlarıyla belirtildiğine göre, bir SEM'in temel işleyişi laboratuvarda gösterilecektir.

Başlamak için, numuneyi bir numune saplaması üzerine yerleştirerek püskürtün. Numunenin tamamen kuru ve gazdan arındırılmış olduğundan emin olun. Gerekirse, numuneyi saplamaya yapıştırmak için çift taraflı iletken karbon bant kullanılabilir. Numuneyi bir püskürtme sistemine yerleştirin. Numunenin üzerine birkaç nanometre altın püskürtün. Altın tabakanın kalınlığı, kaplamanın numunenin morfolojisine müdahale edip etmediğine bağlı olarak değişecektir.

Numuneyi püskürtme sisteminden çıkarın. Numune yüzeyinden metal saplamaya iletken bir köprü olduğundan emin olun.

Numune kaplandıktan sonra görüntülenmeye hazırdır. Bunu yapmak için önce SEM numune odasını havalandırın ve haznenin nominal basınca ulaşmasına izin verin.

SEM numune bölmesini açın ve numune aşamasını çıkarın. Saplamayı s'ye yerleştirinamptage ve saplamayı yerine sıkın.

Lens ile numune arasındaki çalışma mesafesi olarak adlandırılan mesafe yazılım tarafından kontrol edilemiyorsa, bir görüntü elde etmek için tabla ve saplamanın uygun yüksekliğe sahip olduğundan emin olun.

Numune aşamasını numune haznesine koyun ve bölmeyi kapatın.

Vakum pompalarını açın ve sistemin aşağı pompalamasına izin verin.

Görüntülemeye başlamak için SEM yazılımını açın. 1×30 kV arasında değişen istenen çalışma voltajını seçin. Yüksek yoğunluklu malzemelerde daha yüksek ivme gerilimleri kullanılmalıdır. Düşük yoğunluklu malzemeler için düşük hızlanma voltajını seçin.

Çoğu SEM yazılımı bir otomatik odaklama özelliği içerir. Bu, başlangıç noktası olarak kullanmak üzere örneğin bir odağını elde edecektir.

Büyütmeyi minimum 50X yakınlaştırma düzeyine ayarlayın.

SEM, hızlı tarama ve yavaş tarama gibi farklı tarama modlarına sahiptir. Daha hızlı tarama modu, daha düşük kalitede ekranın daha hızlı yenileme hızı sağlar. Numuneyi bulmak ve kaba odaklamaya başlamak için başlamak için hızlı tarama modunu seçin.

Görüntü daha keskin hale gelene kadar rota odağını ayarlayın. Ardından, sahne alanı konumunu, ilgilenilen bölge ekranda görülebilecek şekilde ayarlayın.

İlk olarak, kaba odağı kullanarak en düşük büyütmeye odaklanın. Ardından, istenen özellik gözlemlenene kadar büyütme seviyesini artırın. Görüntüyü bu büyütmede kabaca odaklamak için rota odağını ayarlayın. Gerekirse, büyütme arttığında kaba bir odak ayarlayın.

Ardından, görüntüyü daha da iyileştirmek için ince odağı ayarlayın. Büyütme her arttığında bu odaklama adımlarını tekrarlayın.

Asimetrik ışın bozulmaları, numune iyi odaklanmış olsa bile astigmatizma adı verilen görüntünün bulanıklaşmasına neden olabilir. Bu efekti azaltmak için büyütmeyi maksimum seviyeye yükseltin ve ince odağı kullanarak görüntüyü odaklayın. Ardından, kirişi yeniden şekillendirmek için damgalamayı hem x hem de y yönünde ayarlayın.

Görüntü, artırılmış büyütme düzeyinde mümkün olduğunca odaklanana kadar odak ve damgalama ayarlarını yapmaya devam edin.

Ardından istenen büyütme seviyesine geri dönün.

SEM görüntüsü, "yavaş fotoğraf" veya "hızlı fotoğraf" modunda elde edilebilir. "Hızlı fotoğraf" modu daha düşük kaliteli bir görüntü oluşturur, ancak daha hızlı elde edilir. "Yavaş fotoğraf" modu daha yüksek kaliteli bir görüntü oluşturur, ancak yüzeyi elektronlarla doyurabilir.

Yakalanan görüntüdeki özellikleri ölçmek için yazılımın ölçüm araçlarını kullanın.

Çoğu cihaz, uzunluk, alan ve açı gibi ölçüm seçeneklerini içerir.

Uzunluğu belirlemek için SEM görüntüsünde ölçülecek mesafeyi seçin. Yazılım tarafından analiz edilecek referans noktalarını oluşturmak için resme tıklayın.

Bittiğinde, SEM'i üreticinin yönergelerine göre kapatın.

Taramalı elektron mikroskobu, çok çeşitli numuneleri görüntülemek için kullanılır.

SEM, karbon fiber membran gibi karmaşık ve yüksek düzeyde yapılandırılmış malzemeleri görüntülemek için kullanılabilir.

Numune, yüksek derecede gözeneklilik ve üç boyutlu yapı gösterdi; kataliz gibi uygulamalar için oldukça arzu edilen bir özellik.

SEM, bakteri gibi biyolojik örnekleri görüntülemek için de kullanılabilir. Bu örnekte, bağırsak bakterilerinin saç benzeri uzantıları veya pililer SEM ile görüntülendi.

Helicobacter pylori kanlı agar plakalarında büyütüldü ve bakteriler cam örtü astarlarına ekildi.

Tamamen kurutulmuş numuneler monte edildi ve numuneyi iletken hale getirmek için 5 nm paladyum-altın ile kaplandı.

Son olarak, numune SEM kullanılarak görüntülendi. H. pylori, ölçülebilir nano ölçekli pilus ile kolayca görülebilirdi.

Bu örnek, beyin dokusunun kararlı bir reçineye nasıl gömülebileceğini ve daha sonra odaklanmış bir iyon ışını ve SEM kullanılarak üç boyutlu olarak nasıl görüntülenebileceğini açıklamaktadır.

İlk olarak, beyin dokusu sabitlendi ve reçineye gömüldü. Daha sonra ilgilenilen bölge belirlenir ve bir mikrotom ile dilimlenir.

Numune daha sonra üç boyutlu görüntüleme için odaklanmış iyon ışını taramalı elektron mikroskobuna yerleştirildi. Odaklanmış iyon ışını daha sonra numunenin ince katmanlarını sırayla çıkarmak için kullanıldı. Her katman, geri saçılma SEM kullanılarak kaldırılmadan önce görüntülendi.

JoVE'nin taramalı elektron mikroskobu ile tanışmasını az önce izlediniz. Artık SEM'in temel çalışma prensiplerini ve bir SEM örneğinin nasıl hazırlanacağını ve analiz edileceğini anlamalısınız.

İzlediğiniz için teşekkürler!