Scanning electron microscopy (SEM), untuk apa?

Tahukah Anda apa itu mikroskop elektron dan apa yang dapat dianalisis? Tim materi ATRIA menjelaskannya kepada Anda di postingan ini!

Banyak cacat yang terjadi pada bahan sulit untuk dijelaskan dan mendefinisikan penyebabnya bisa menjadi tugas yang sangat kompleks. Namun, saat ini kemajuan besar dalam teknologi analisis mikroskopis ada di ujung jari kita, yang dapat memberi kita informasi penting untuk menemukan penjelasan tentang asal kegagalan . 

Apa itu Scanning Electron Microscopy atau SEM ?

Mikroskop elektron didasarkan pada emisi berkas pemindaian elektron pada sampel, yang berinteraksi dengannya, menghasilkan berbagai jenis sinyal yang dikumpulkan oleh detektor. Terakhir, informasi yang diperoleh dalam detektor diubah untuk menghasilkan gambar definisi tinggi , dengan resolusi 0,4 hingga 20 nanometer. Sebagai kesimpulan, kami memperoleh gambar resolusi tinggi dari topografi permukaan sampel kami.

Dengannya kita dapat mempelajari berbagai jenis bahan (di bawah ini Anda dapat melihatnya persiapan mereka tidak sama dalam semua kasus):

• Logam :baja, aluminium, titanium, tembaga, logam mulia, paduan, ...
• Keramik :kaca, beton, alumina, zirkonia, karbida, batu, porselen ...
• Polimer :termoplastik seperti PP, PE, Nylon; termoset seperti melamin, polimida; elastomer seperti karet, silikon, ...
• Komposit :serat karbon, fiberglass, grafit, komposit keramik, resin, ...
• Organik :kapas, kayu, bakteri, sel, …

Bagaimana cara kerja Scanning Electron Microscopy (SEM)?

Mikroskop elektron pemindaian (SEM) memiliki filamen yang menghasilkan berkas elektron yang berdampak pada sampel. Elektron ini berinteraksi dengan sampel yang sedang dipelajari dan mengembalikan sinyal yang berbeda yang ditafsirkan oleh detektor yang berbeda. Dengan informasi ini kami dapat memperoleh informasi dangkal dari:

• Bentuk dan topografi

• Tekstur

• Komposisi

Interaksi berkas elektron dengan permukaan sampel berlangsung dalam bentuk 'pir' seperti yang Anda lihat pada gambar di bawah. Penetrasi akan tergantung pada kV tempat kita bekerja, standarnya adalah penetrasi 1-5 mikron.

Interaksi berkas elektron dengan sampel, model 'pir'

Detektor dalam pemindaian mikroskop elektron (SEM)

Pendeteksi yang paling umum adalah sebagai berikut:

• Detektor Elektron Sekunder (SE): menangkap energi dari elektron sekunder yang dihasilkan dalam material oleh interaksi berkas elektron. Mereka memberikan informasi tentang tekstur / topografi yang paling dangkal karena berasal dari lapisan terluar ('pir' yang paling dekat dengan permukaan pada gambar bawah).

• Detektor elektron hamburan balik (BSE): ia menangkap energi yang berasal dari elektron hamburan balik (lapisan kedua 'pir'). Ini memiliki resolusi permukaan yang lebih kecil tetapi sensitif terhadap variasi nomor atom elemen permukaan, dan karena itu dalam komposisi. Kami akan mengamati warna abu-abu yang berbeda sesuai dengan berat atom (lebih jelas jika elemen lebih berat karena memancarkan lebih banyak energi dan 'bersinar' lebih banyak).

• Detektor sinar-X (EDX, EDS, atau EDAX ):detektor ini menangkap energi dari sinar-X yang dihasilkan di permukaan (lapisan ketiga 'pir') dan merupakan karakteristik dari setiap elemen sampel sehingga memberi kita informasi tentang komposisi elemen . Berbeda dengan BSE, mereka memberi kami lebih banyak informasi tentang sampel. memungkinkan kita untuk mengetahui secara semi-kuantitatif komposisi permukaan sampel kita. EDX dapat diterapkan pada titik tertentu pada permukaan sampel atau pada suatu area. Ketika analisis diterapkan pada suatu area, dimungkinkan untuk memperoleh peta dengan elemen berbeda yang dimiliki area sampel yang dipilih, setiap elemen diwakili dengan warna yang berbeda. Anda dapat melihatnya pada gambar salah satu Proyek kami di bawah ini.

• X-ray Detector (WDS): mirip dengan EDX, tetapi alih-alih menerima energi dari semua sinar-X sekaligus, ini hanya mengukur sinyal yang dihasilkan oleh satu elemen . Ini adalah teknik yang lebih lambat tetapi lebih sensitif dan tepat.

• Detektor elektron hamburan balik terdifraksi (BSE D) :detektor ini menerima energi elektron yang terdifraksi oleh permukaan yang sesuai dengan hukum Bragg dan memberikan informasi tentang struktur kristal sampel.

Kiri. Detektor SE; Benar. Detektor SADARI

EDX dengan mikroskop FEI 

Jenis pemindaian mikroskop elektron menurut sumbernya

Anda mungkin pernah melihat istilah seperti SEM, FE-SEM atau FIB-SEM, apakah Anda tahu perbedaannya? lakukanlah!:

• SEM : ini adalah SEM konvensional yang telah kami jelaskan dan memiliki sumber termal elektron.

• FE-SEM (SEM emisi medan):mereka adalah evolusi dan memiliki sumber elektron sebagai emisi medan pistol untuk menyediakan berkas elektron energi tinggi dan rendah. Karena sinar ini sangat terfokus, mereka memungkinkan resolusi yang lebih baik.

• Dual Beam atau FIB-SEM (mikroskop berkas ganda atau SEM berkas ion terfokus):ia memiliki dua kolom, satu ion dan yang lainnya pada 52º elektron. Kolom ion menggunakan berkas ion Gallium (Ga +). Ion Ga+ 130.000 lebih berat dari elektron, sehingga interaksi dengan sampel lebih kuat meskipun penetrasinya lebih kecil. Selain itu, irisan ion dapat dibuat untuk memvisualisasikan lapisan dalam.

Gambar Dual Beam di mana pemotongan ion dilakukan

Jenis pemindaian mikroskop elektron menurut vakum

Tergantung pada jenis vakum ada beberapa jenis SEM:

• SEM vakum tinggi :sampel harus kering dan konduktif. Untuk sampel non-konduktif, ini dapat dilapisi dengan lapisan sputtering karbon atau logam.

• Tidak ada SEM lingkungan (ESEM) vakum :tidak perlu persiapan de muestra. SE pueden analizar muestras biológicas y no conductoras sin necesidad de recubir.

Perbedaan antara mikroskop optik (OM) dan mikroskop elektron pemindaian (SEM)

Kami memberi tahu Anda perbedaan utama antara mikroskop optik dan mikroskop elektron pemindaian:

• Meningkat : mikroskop optik dapat memiliki 4x hingga sekitar 1000x, sedangkan SEM dapat berkisar dari 10x hingga lebih dari 3.000.000x.

• Kedalaman bidang : atau apa yang sama, berapa banyak sampel yang difokuskan pada waktu yang sama. Dalam kasus mikroskop optik, mereka berkisar dari 0,19 mikron hingga 15 mikron. Dalam SEM, kisaran ini lebih luas, mulai dari 0,4 mikron hingga 4 mm.

• Resolusi :mikroskop optik dapat mencapai resolusi spasial sekitar 0,2 mikron, sedangkan SEM dapat mencapai hingga 0,4 nm dengan beberapa model dan lensa.

Gambar Kiri dengan mikroskop optik; Gambar SEM kanan dengan mikroskop Nanoimages.

Kelebihan mikroskop elektron dibandingkan dengan teknik karakterisasi lainnya

Mikroskop elektron adalah teknik yang sangat berguna dalam karakterisasi bahan karena jumlah sampel yang sangat sedikit dibutuhkan dan ini tidak merusak teknik (selama sampel tidak harus dipotong agar pas pada slide atau mantel), yaitu sampel tidak rusak dan dapat diperoleh kembali. Satu-satunya persyaratan bahwa penggunaan teknologi ini menyiratkan adalah bahwa sampel harus konduktif, karena memperoleh gambar adalah produk dari interaksi elektron yang dipancarkan oleh peralatan dan sampel. Jika sampel kami tidak konduktif, tidak ada masalah, seperti yang telah kita lihat, karena mereka dapat menggunakan metallizer sampel yang menyimpan lapisan beberapa nanometer dari elemen konduktif melalui deposisi uap fisik, sehingga memungkinkan diperolehnya Komposisi dan pemindaian elektron gambar mikroskopis melalui EDX. Gambar yang diperoleh memiliki resolusi tinggi.

Baik bagian pencitraan murni dan detektor EDX-nya adalah teknik non-destruktif dan respons cepat, itulah sebabnya mereka dianggap sebagai alat yang ampuh dalam karakterisasi semua jenis bahan, karena memungkinkan kita mengetahui jenis permukaan topologi sampel kami memiliki cacat dan komposisi dengan memperoleh satu gambar.

Perforasi mikro dibuat dengan laser dan diamati oleh FESEM

 

Aplikasi SEM Scanning Electron Microscopy

Di ATRIA, mikroskop elektron adalah alat yang banyak digunakan dan terkenal. Jenis teknik ini digunakan di sektor yang berbeda seperti otomotif, konstruksi, barang konsumsi, ritel, pertahanan, kedokteran gigi atau pengemasan, antara lain.

Mikroskop elektron dapat digunakan untuk aplikasi beragam seperti:

• Analisis kegagalan desain produk :untuk mengetahui mengapa terjadi kegagalan, misalnya dalam Proyek morfologi dan komposisi cacat yang muncul dalam uji kualitas suatu produk dicirikan. Jenis kegagalan lain yang dapat dipelajari adalah:delaminasi, adhesi, …

• C karakterisasi tekstur permukaan :ketika topografi dan struktur yang telah dihasilkan ingin diketahui, misalnya dengan sampel melalui teknologi laser, SEM adalah alat yang sangat berguna, dalam Proyek ini itu juga memungkinkan optimalisasi parameter laser yang ditandai.

• Analisis cacat permukaan dan kontrol kualitas :melalui SEM dimungkinkan untuk memvisualisasikan cacat, untuk mengetahui tipologi, misalnya dalam Proyek ini kami mempelajari cacat yang muncul di bawah perilaku normal penggunaan produk.

• S studi kontaminan :berkat detektor EDX dimungkinkan untuk menemukan kontaminan yang tidak diinginkan dalam sampel, yang menyebabkan masalah adhesi, pengecatan, atau kegagalan struktural. Anda dapat melihat contoh Proyek yang telah kami lakukan pada studi kontaminan dalam cat yang kami lihat perbedaan utamanya melalui EDX.

• Studi morfologi dan struktural :melibatkan identifikasi dan analisis fase kristal dan transisi dalam bahan yang berbeda seperti logam, polimer, keramik, mineral atau komposit. Berkat SEM dimungkinkan untuk mempelajari jenis degradasi seperti kelelahan, korosi, retak, ...

• Analisis pesaing: teknik SEM juga digunakan untuk mempelajari produk kompetitif dan melakukan benchmarking.

Gambar SEM di mana kita dapat melihat kontaminasi permukaan sebagai titik terang yang seharusnya tidak muncul sehingga ada daya rekat cat yang buruk

Apakah Anda perlu menganalisis struktur mikro permukaan produk Anda? Apakah Anda ingin menyelidiki produk yang ternyata cacat? Apakah cacat muncul terus menerus, dan Anda ingin tahu penyebabnya? Beritahu kami tentang hal itu di jaringan kami, tulis kepada kami di [email protected] atau isi  formulir kontak kami.

Pos terkait:

Apa yang dimaksud dengan pengujian kualitas dan pengujian produk

Hidrofobisitas bahan

Mikrostruktur dengan gangguan pola laser

MIKROSTRUKTURASI DALAM CETAKAN untuk meningkatkan sifat pembersihan plastik yang disuntikkan

Proyek terkait:

Studi noda permanen pada kain sintetis

Pengembangan struktur mikro hidrofilik

Analisis retikulasi cat metalik