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Microscopie électronique à balayage (SEM)

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Analyse au microscope électronique, ou SEM, est une technique puissante utilisée dans l’analyse chimie et matériaux qui utilise un faisceau d’électrons numérisée pour analyser la structure de la surface et la composition chimique d’un échantillon.

Microscopes de lumière modernes sont limitées par l’interaction des ondes lumineuses visibles avec un objet, appelé diffraction. La plus petite distance peut être résolue entre deux objets, ou la résolution latérale, varie en fonction de la taille de la structure de diffraction par rapport à la taille de l’objet. En conséquence, microscopes légères ont un grossissement maximal pouvant atteindre 1 000 X et une résolution latérale de 200 nm dans des situations idéales.

SEM n’est pas limitée par la diffraction, car il utilise un faisceau d’électrons plutôt que la lumière. Par conséquent, une SEM peut atteindre des grossissements jusqu'à 1 million X avec résolution latérale auxiliaire nanomètre. En outre, SEM n’est pas limité à des fonctions d’imagerie que dans le plan focal, comme pour la microscopie photonique. Ainsi, les objets en dehors du plan focal sont résolus, par opposition à la microscopie photonique où ils apparaissent flous. Ceci fournit jusqu'à 300 fois plus profondeur de champ avec SEM

Chimistes utilisent largement SEM pour analyser la composition de surface, la structure et la forme des entités de l’échelle nanométrique, tels que les particules de catalyseur.

Cette vidéo décrira les principes de l’instrument de SEM et démontrer les bases de préparation des échantillons SEM et opération en laboratoire.

Dans les SEM, les échantillons doivent être conductrices pour l’imagerie conventionnelle. Les échantillons non conducteurs sont recouvertes d’une fine couche de métal, tels que l’or. Les images sont alors générées par balayage d’un faisceau focalisé d’électrons de haute énergie dans l’ensemble de l’échantillon.

Le faisceau d’électrons utilisé dans SEM est généré par un canon à électrons, équipé d’une cathode de filament de tungstène. Les électrons sont propulsés vers l’anode, en direction de l’échantillon, par un champ électrique.

Le faisceau d’électrons est alors concentré à lentilles condenseur et entre dans la lentille de l’objectif. L’objectif doit être étalonné par l’utilisateur de se concentrer le faisceau d’électrons sur une position fixe sur l’échantillon. Le faisceau focalisé est alors raster analysés à travers l’échantillon.

Lorsque les électrons primaires interagissent avec l’échantillon, ils tunnel jusqu'à une profondeur qui dépend de l’énergie de faisceau d’électrons. Cette interaction avec la surface entraîne l’émission d’électrons secondaires et rétrodiffusés, qui sont alors mesurés par leurs détecteurs respectifs.

L’intensité du signal des électrons secondaires émis varie en fonction de l’angle de l’échantillon. Surfaces perpendiculaires au faisceau de libérer des électrons secondaires moins et apparaissent donc plus sombres. Au bord des surfaces, plus d’électrons sont libérés et la zone devient plus lumineuse. Ce phénomène produit des images avec une apparence 3D bien définie, comme le montre cette analyse SEM d’amiante.

En revanche, les électrons rétrodiffusés sont reflétées dans la direction opposée du faisceau d’électrons. Intensité de détection augmente avec le numéro atomique de l’échantillon, ce qui permet l’acquisition d’informations de compositions de la surface, comme le montre cette image de rétrodiffusion d’inclusions en verre.

Maintenant que les principes de l’instrument de SEM ont été décrites, le fonctionnement de base d’une SEM sera démontré en laboratoire.

Pour commencer, bredouiller manteau l’échantillon en le plaçant sur une fusée d’échantillon. S’assurer que l’échantillon soit complètement sec et dégazé. Si nécessaire, ruban adhésif double-face de carbone conductrices peut-être servir d’adhérer l’échantillon vers le stub. Placer l’échantillon dans un système de pulvérisation. Bredouiller quelques nanomètres d’or sur l’échantillon. L’épaisseur de la couche d’or peut varier selon si le revêtement interfère avec la morphologie de l’échantillon.

Retirer le système de pulvérisation de l’échantillon. Veiller à ce qu’il y a un pont conducteur entre la surface de l’échantillon et le talon métal.

Une fois que l’échantillon a été enduit, il est prêt à être photographié. Pour ce faire, d’abord ventiler le compartiment de mesure SEM et permettre à la chambre atteindre la pression nominale.

Ouvrez le compartiment d’échantillon de SEM et supprimer l’étape de l’échantillon. Placez le talon sur la scène de l’échantillon et serrez le stub en place.

Si la distance entre la lentille et l’échantillon, appelé le travail à distance, ne peut être contrôlée par le logiciel, assurez-vous que la scène et le talon de la bonne hauteur pour obtenir une image.

Mettre l’échantillon dans la chambre de l’échantillon et refermez le compartiment.

Mettre en marche les pompes à vide et permettre au système de la pompe vers le bas.

Pour commencer l’imagerie, ouvrez le logiciel SEM. Sélectionnez le désiré d’exploitation tension s’étendant de 1 à 30 kV. Avec des matériaux de haute densité, des tensions plus élevées d’accélération doivent être utilisées. Sélectionnez basse tension d’accélération pour les matériaux de faible densité.

La plupart des logiciels de SEM comprennent une fonction de mise au point automatique. Cela permettra d’acquérir un accent de l’échantillon à utiliser comme point de départ.

Le niveau de zoom minimal de 50 X la valeur du grossissement.

SEM a scan différents modes : scan rapide et balayage lent. Mode de balayage plus rapide fournit plus rapide taux de rafraîchissement de l’écran avec une qualité inférieure. Sélectionnez le mode de balayage rapide pour commencer, afin de trouver l’exemple et commencer grossier en se concentrant.

Ajuster la mise au point de cours jusqu'à ce que l’image devient plus nette. Ensuite, ajuster le positionnement de scène pour la région d’intérêt peut être vu à l’écran.

Tout d’abord, mise au point avec le grossissement le plus bas à l’aide de la mise au point grossière. Puis, augmentez le niveau d’agrandissement jusqu'à ce que la fonctionnalité désirée est observée. Ajuster la mise au point de cours afin de mettre à peu près l’image à ce grossissement. Si nécessaire, ajuster un accent grossier quand augmente le grossissement.

Ensuite, réglez la mise au point fine afin d’améliorer l’image. Répétez ces mise au point de mesures, chaque fois que le grossissement augmente.

Distorsions de faisceau asymétrique peuvent causer flou de l’image, appelée astigmatisme, même lorsque l’échantillon est bien ciblée. Pour diminuer cet effet, augmenter le grossissement au niveau maximum et mettre l’image à l’aide de la mise au point fine. Puis ajustez la stigmation en direction de le x et de y pour remodeler le faisceau.

Garder en ajustant les réglages de mise au point et la stigmation jusqu'à ce que l’image soit ciblé que possible au niveau de l’augmentation de grossissement.

Puis retour au niveau d’agrandissement souhaité.

L’image de SEM peut être acquises en mode « photo rapide » ou « photo lent ». Le mode « photo rapide » crée une image de qualité inférieure, mais s’acquiert plus rapidement. Le mode « photo lent » crée une image de qualité supérieure, mais peut saturer la surface avec des électrons.

Pour mesurer les caractéristiques au sein de l’image capturée, utiliser les outils de mesure du logiciel.

La plupart des instruments comprennent des options de mesure tels que la longueur, la surface et angle.

Pour déterminer la longueur, sélectionnez la distance à mesurer sur l’image de la SEM. Cliquez sur l’image pour créer les points de référence qui seront analysés par le logiciel.

Lorsque vous avez terminé, arrêtez le SEM selon les directives du fabricant.

Microscopie électronique à balayage est utilisé pour un éventail d’échantillons d’images.

SEM peut être utilisé à l’image des matériaux complexes et très structurés, comme une membrane de fibre de carbone.

L’échantillon a révélé un haut degré de porosité et de la structure tridimensionnelle ; une propriété qui est hautement souhaitable pour les applications telles que la catalyse.

SEM peut également servir à l’image des échantillons biologiques, tels que les bactéries. Dans cet exemple, les cheveux comme des appendices ou pili, du tube digestif des bactéries ont été imagées avec SEM

Helicobacter pylori ont été cultivés sur des géloses au sang, et les bactéries ensemencées sur lamelles de verre.

Échantillons entièrement séchés ont été montés et recouvert de 5 nm de palladium-or pour constituer l’échantillon conductrices.

Enfin, l’échantillon a été photographié à l’aide de SEM. H. pylori sont facilement visibles, avec échelle nanométrique mesurables pili.

Cet exemple décrit comment le tissu cérébral peut être incorporé dans une résine stable et puis photographié en trois dimensions à l’aide d’un faisceau ionique focalisé et SEM

Tout d’abord, le tissu cérébral était fixe et incorporé en résine. Puis la région d’intérêt identifiés et coupé en tranches avec un microtome.

L’échantillon est alors inséré dans l’ionique focalisé faisceau scanning electron microscope pour l’imagerie en trois dimensions. Le faisceau ionique focalisé servait ensuite à supprimer dans l’ordre des couches minces de l’échantillon. Chaque couche a été photographié avant son retrait à l’aide de rétrodiffusion SEM

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la microscopie électronique à balayage. Vous devez maintenant comprendre les principes de fonctionnement fondamentaux de SEM et comment préparer et analyser un échantillon de SEM.

Merci de regarder !

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