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Rasterelektronenmikroskopie (SEM)

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Scannen, Elektronenmikroskopie und SEM, ist eine leistungsstarke Technik, Chemie und Material-Analyse, die einen gescannte Elektronenstrahl verwendet, um die Oberflächenstruktur und die chemische Zusammensetzung einer Probe analysieren verwendet.

Moderne Lichtmikroskopen werden durch das Zusammenspiel von sichtbaren Lichtwellen mit einem Objekt namens Beugung begrenzt. Die kleinste auflösbare Entfernung zwischen zwei Objekten oder die laterale Auflösung hängt von der Größe des Beugungsmusters im Vergleich zu der Größe des Objekts. Infolgedessen Lichtmikroskopen haben eine maximale Vergrößerung von bis zu 1.000 X und einer lateralen Auflösung von bis zu 200 nm im idealen Situationen.

SEM wird nicht durch Beugung begrenzt, da es einen Strahl von Elektronen anstatt Licht verwendet. Daher kann ein SEM Vergrößerungen von bis zu 1 Million X mit Sub-Nanometer laterale Auflösung erreichen. Darüber hinaus ist SEM nicht wie bei Lichtmikroskopie begrenzt auf imaging-Funktionen nur in der Brennebene. So sind Objekte außerhalb der Fokalebene, im Gegensatz zur Lichtmikroskopie gelöst wo sie verschwommen erscheinen. Dies bietet bis zu 300-Mal höhere Schärfentiefe mit SEM

Chemiker verwenden allgemein SEM, um Oberflächen-Beschaffenheit, Struktur und Form von nanoskaligen Entitäten, wie Katalysatorpartikel zu analysieren.

Dieses Video wird umreißen die Grundsätze zum SEM Instrument, und zeigen die Grundlagen des SEM Probenvorbereitung und Betrieb im Labor.

In SEM müssen Proben für konventionelle Bildgebung leitfähig sein. Nicht leitende Proben werden mit einer dünnen Schicht aus Metall, wie Gold beschichtet. Bilder werden dann durch Scannen einen fokussierten Strahl von hochenergetischen Elektronen in der Probe erzeugt.

Der Elektronenstrahl verwendet in SEM wird von einer Elektronenkanone, ausgestattet mit einer Wolfram-Glühfaden-Kathode erzeugt. Die Elektronen werden durch ein elektrisches Feld in Richtung der Anode in die Richtung der Probe, angetrieben.

Der Elektronenstrahl konzentriert sich dann auf Kondensator Objektive und betritt das Objektiv. Das Objektiv muss von dem Benutzer, den Elektronenstrahl auf einer festen Position auf der Probe konzentrieren kalibriert werden. Die fokussierte Strahl wird dann Raster über gescannt die Probe.

Wenn die primären Elektronen mit der Probe interagieren, tunnel sie bis zu einer Tiefe, die die Elektronen Strahlenergie abhängig ist. Diese Wechselwirkung mit der Oberfläche ergibt sich die Emission von Sekundär- und rückgestreute Elektronen, die dann durch ihre jeweiligen Detektoren gemessen werden.

Die Signalintensität der emittierten Sekundärelektronen variiert je nach Winkel der Probe. Flächen senkrecht zum Strahl weniger Sekundärelektronen freizugeben, und erscheinen daher dunkler. Am Rand der Flächen mehr Elektronen freigesetzt werden und der Bereich erscheint heller. Dieses Phänomen erzeugt Bilder mit einer klar definierten 3D-Darstellung wie gezeigt in diesem SEM-Scan von Asbest.

Im Gegensatz dazu spiegeln rückgestreute Elektronen in die entgegengesetzte Richtung des Elektronenstrahls. Erkennung-Intensität nimmt mit zunehmender Ordnungszahl der Probe, so dass die Übernahme von kompositorischen Informationen aus einer Oberfläche, wie in dieser Abbildung Backscatter Einschlüsse im Glas.

Nun, da die Prinzipien des SEM Instruments skizziert haben, wird die grundlegende Funktionsweise des ein SEM im Labor nachgewiesen werden.

Um zu beginnen, sputter-Mantel der Probe indem man es auf eine Probe-Stub. Stellen Sie sicher, dass die Probe komplett trocken und entgast ist. Bei Bedarf kann leitfähigen Kohlenstoff doppelseitiges Klebeband verwendet werden, die Probe an den Stub einzuhalten. Legen Sie die Probe in eine Sputteranlage. Sputter-wenige Nanometer von Gold auf die Probe. Die Stärke der Goldschicht wird hängt von ab, wenn die Beschichtung die Morphologie der Probe stört.

Entfernen Sie die Probe aus dem Sputter-System. Sicherstellen Sie, dass es eine leitfähige Brücke zwischen der Probenoberfläche und der Metall-Stub.

Sobald die Probe überzogen wurde, ist es bereit, abgebildet werden. Dazu zuerst entlüften Sie die SEM Probenkammer und ermöglichen Sie die Kammer, Nenndruck zu erreichen.

Öffnen Sie die SEM Probenraum und Entfernen der Probe-Bühne. Setzen der Stubs auf die Probe-Bühne, und ziehen die Stub vorhanden.

Wenn der Abstand zwischen dem Objektiv und Probe, genannt den Arbeitsabstand von der Software gesteuert werden kann, sicherstellen Sie, dass die Bühne und Stub die richtige Höhe, um ein Bild zu erhalten.

Die Probe-Bühne in der Probenkammer, und schließen Sie das Fach.

Schalten Sie die Vakuumpumpen und kann das System die Pumpe nach unten.

Öffnen Sie zunächst Bildgebung auf die SEM-Software. Wählen Sie die gewünschte betriebliche Spannung reicht von 1-30 kV. Mit hoher Dichte Materialien sollten höhere Beschleunigung Spannungen verwendet werden. Wählen Sie niedriger Beschleunigungsspannung für Low-Density-Material.

Die meisten SEM Software beinhaltet eine Auto-Fokus-Funktion. Dies wird einen Schwerpunkt der Probe als Ausgangspunkt verwenden erwerben.

Legen Sie die Vergrößerung auf die minimale Zoomstufe 50 X.

SEM hat verschiedene Scan-Modi wie schnell, und slow-Scan. Schneller Scan-Modus bietet schnellere Aktualisierungsrate des Bildschirms mit geringerer Qualität. Wählen Sie den schnellen Scan-Modus zu beginnen, um die Probe finden und beginnen, mit Schwerpunkt grobes.

Einstellen Sie Kurs Schärfe, bis das Bild schärfer wird. Stellen Sie als nächstes die Bühne Positionierung, so dass die Region von Interesse auf dem Display gesehen werden kann.

Erste, Fokus auf die niedrigste Vergrößerung mit der groben Fokus. Erhöhen Sie die Vergrößerungsstufe, bis die gewünschte Funktion zu beobachten ist. Stellen Sie den Kurs Fokus um etwa das Bild bei dieser Vergrößerung zu fokussieren. Passen Sie ggf. eine grobe Ausrichtung, wenn die Vergrößerung erhöht.

Passen Sie dann die Feinfokussierung um das Bild weiter zu verbessern. Wiederholen Sie diese Schritte konzentrieren, jedes Mal, wenn die Vergrößerung erhöht wird.

Asymmetrischen Lichtstrahl Verzerrungen Unschärfe des Bildes, genannt Astigmatismus, auch wenn die Probe gut fokussiert ist. Um diesen Effekt zu vermindern, die Vergrößerung bis zum maximum zu erhöhen und das Bild mit der feinen Fokus zu konzentrieren. Passen Sie dann die Stigmation in die x- und y-Richtung zur Neugestaltung des Strahls.

Halten Sie die Fokus und Stigmation Einstellungen anpassen, bis das Bild ist so konzentriert wie möglich mit der erhöhten Vergrößerungsgrad.

Kehren Sie auf die gewünschte Vergrößerungsstufe.

SEM Bild kann entweder "langsam Foto" oder "schnelle Fotomodus" erworben werden. Die "schnelle" Fotomodus schafft eine niedrigere Bildqualität, sondern schneller erworben. Die "langsamen" Fotomodus schafft eine höhere Bildqualität, aber kann die Oberfläche mit Elektronen zu sättigen.

Funktionen innerhalb des aufgenommenen Bildes zu messen, nutzen Sie die Software Mess-Tools.

Die meisten Instrumente umfassen Messoptionen wie Länge, Fläche und Winkel.

Um die Länge zu bestimmen, wählen Sie den Abstand auf das SEM Bild gemessen werden. Klicken Sie auf das Bild um Bezugspunkte zu erstellen, die von der Software analysiert werden.

Wenn Sie fertig sind, beenden Sie das SEM nach den Hersteller-Richtlinien.

Rasterelektronenmikroskopie wird verwendet, um eine Vielzahl von Proben zu Bild.

SEM kann verwendet werden, zu komplexe und stark strukturierte Materialien wie Carbonfaser Membran Bild.

Die Probe zeigte eine hohe Porosität und dreidimensionale Struktur; eine Eigenschaft, die für Anwendungen wie Katalyse höchst wünschenswert ist.

SEM kann auch zur biologische Proben, wie z. B. Bakterien Bild. In diesem Beispiel, das Haar wie Anhängsel oder Pili wurden der Darm Bakterien mit SEM abgebildet

Helicobacter Pylori auf Blutagar Platten angebaut wurden, und die Bakterien ausgesät auf Glas Deckel rutscht.

Vollständig getrocknete Proben wurden montiert und beschichtet mit 5 nm von Palladium-Gold, die Probe leitfähig zu machen.

Schließlich wurde die Stichprobe abgebildet, mit SEM. H. Pylori waren leicht sichtbar, mit messbaren nanoskaligen Pili.

Dieses Beispiel beschreibt, wie Hirngewebe in eine stabile Harz eingebettet werden kann, und dann in drei Dimensionen mit einem fokussierten Ionenstrahl und SEM abgebildet

Erstens wurde Hirngewebe und in Harz eingebettet. Dann die Region von Interesse identifiziert und mit einem Mikrotom geschnitten.

Die Probe wurde dann in der fokussierten Ion Beam Rasterelektronenmikroskop für dreidimensionale Bildgebung eingefügt. Die fokussierten Ionenstrahl diente dann nacheinander dünne Schichten der Probe zu entfernen. Jede Schicht wurde vor dem Entfernen mit Backscatter SEM abgebildet.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Rasterelektronenmikroskopie beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen die operative Grundprinzipien der SEM und Gewusst wie: vorbereiten und eine SEM-Probe zu analysieren.

Danke fürs Zuschauen!

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