Aplicações e usos - O que o MEV pode fazer

O que o MEV pode fazer:


A Microscopia eletrônica de varredura é uma técnica extremamente versátil. Há muitos tipos diferentes de MEV disponíveis, adaptados às necessidades específicas. Com o MEV pode-se analisar:


  • Imagens morfologicas de amostras (por exemplo, ver o material como um todo, revestimentos, material seccionado, folhas, até mesmo as grades metálicas contendo amostras preparadas para microscopia eletrônica de transmissão).
  • Imagens composicionais (através de imagens por elétrons retroespalhados).
  • Realizar micro e nano litografia: remover o material a partir de amostras; cortar pedaços ou remover fatias progressivas a partir de amostras (por exemplo, usando um feixe de íons focalizados - FIB).
  • Aquecer ou resfriar amostras durante a sua visualização (modo específico em alguns equipamentos).
  • Amostras umidas e secas podem ser visualizadas (amostras úmidas em condições específicas de operação)
  • Ver material durante aplicação de esforços mecanicos (acessório presente em alguns equipamentos)
  • Gerar raios-X a partir das amostras para microanálise (EDS; WDS)
  • Estudo do comportamento optoeletrônicos de semicondutores usando o modo de cathodoluminescencia.
  • Ver mapas de orientação cristalográfica de grãos e estudo de informações relacionadas com microstrain em amostras planas (difração de elétrons retroespalhados).
  • Difração de elétrons por difração de elétrons retroespalhados. A geometria pode ser diferente de um microscópio electronico de transmissão, mas a física de difração de Bragg é a mesma.

O que o MEV não pode fazer:


Há algumas coisas que o MEV não pode fazer:

  • o MEV não pode fornecer imagens a cores. A cor é frequentemente adicionada artificialmente em imagens de MEV coloridas. Nota: Alguns MEVs podem coletar imagens de cor real através de um detector de catodoluminescencia de comprimento de onda seletivo.
  • o MEV não pode realizar imagens através da água. Nota: Existem MEVs com detectores especiais que permitem a obtenção de imagem através de filmes finos de água.
  • O MEV não pode realizar imagens com segurança de moléculas carregadas que são móveis numa matriz. Por exemplo, algumas espécies (por exemplo, Na +) são voláteis sob o feixe de eletrons porque o feixe de eletrons negativos exerce uma força sobre o material carregado.
  • o MEV não é bom para quantificar a rugosidade da superfície, em pequena escala, sub-nanométrica. O Microscópio de Força Atômica (Scanning Probe Microscopy) é mais útil para esta tarefa.
  • As medições envolvendo altura (eixo z) não pode ser feita diretamente num MEV. É possível fazer isso através da obtenção de duas imagens que tenham sido inclinadas uma em relação a outra para criar uma imagem 3D, e um software de processamento especializado.
  • Geralmente, os MEV não são utilizados em experiências envolvendo líquidos, reações químicas, sistemas de ar-gás, embora algumas máquinas especializadas e câmaras de amostras permitem alguns tipos de experimentos.
  • A resolução do MEV não é suficientemente elevada para imagem de átomos individuais (usar um microscópio electronico de transmissão ou um Microscópio de Força Atômica).
  • Análise elementar abaixo da escala mícron.


Imagens de elétrons


Imagens de eletrons a partir do MEV pode ser usado para atingir diferentes informações, por exemplo para estudos topográficos, morfológicos, composição, ou cristalográfico. Há uma grande variedade de técnicas de imagem disponíveis.

Imagem de elétrons secundários (baixa resolução)

TiO2 em pó e cristais tabulares de shigatita (Mn7Al4(SO4)2(OH)22.8H2O) mostrando forma e tamanho do cristal.
(Informações topográficas e morfológicas: Textura, forma e tamanho)


Fratura da superfície de cristais de rutilo (TiO2)
Cristais tabulares de Shigatita

Imagem de elétrons secundários: alta resolução 

Nanopartículas de ouro.
(Informação topográfica e morfológica.)
Nanopartículas de ouro.


Imagem de elétrons retroespalhados

Agregado Mineral: grãos mais brilahntes têm número atômico médio maior.
(Informações de composição.)

Agregado mineral

Mapa de raio X da distribuição de elementos

De alumínio, cálcio e ferro; (Informação elementar.)

Distribuição dos elementos Fe, Al e Ca, respectivamente em uma imagem.


Padrão de difração de elétrons retroespalhados (EBSP)

EBSP de uma inclusão quasicristalina de AlMnSi numa liga de alumínio (Informação cristalográfica.)

Um padrão de difração de elétrons retroespalhados (EBSP) inclusão quasicristalina de AlMnSi numa liga de alumínio


Usos práticos para o MEV

Microscopia eletrônica de varredura é utilizada em todos os domínios científicos, em engenharia, arqueologia e até mesmo na arte. As imagens a seguir nesta seção são exemplos da ciência forense, ciência dos materiais, ciências biológicas, ciências médicas e da arte digital.
  • Na ciência forense (Analisar e comparar evidências).
  • Na ciência dos materiais (Os metais, ligas metálicas, cerâmicas, polímeros e materiais biológicos.)
  • Ciências biológicas (Objetos grandes, como insetos e tecidos animais e pequenos objetos, tais como bactérias e vírus.)
  • Solos e amostras de rocha (Solos e amostras geológicas.)
  • Na ciência médica (Determinar a causa da doença e desenvolvimento de novos tratamentos)
  • Na arte digital (Imagens tiradas no MEV que foram modificados como arte digital)

Na ciência forense
Cabelo

Em laboratórios de polícia científica forense utiliza-se o MEV para examinar e comparar provas, como fragmentos de metal, tinta, tintas de cabelo e fibras para provar a culpa ou a inocência de uma pessoa. Através de um exame cuidadoso detetives são capazes de determinar se as amostras coletadas a partir de uma cena de crime têm propriedades que correspondem ao cenário desenvolvido por detetives.

Na ciência dos materiais

Na ciência dos materiais o MEV é uma ferramenta chave usada para a pesquisa básica, controle de qualidade e análise de falhas. É uma técnica adequada para o exame de metais, ligas metálicas, cerâmicas, polímeros e materiais biológicos. o MEV desempenha um papel fundamental em muitos temas de interesse atual, incluindo nanotubos e nanofibras, os supercondutores de alta temperatura, arquiteturas mesoporosas, e assim por diante. Dificilmente qualquer segmento de desenvolvimento de alta tecnologia - aeroespacial, eletrônica, energia, catálise, ambiental, fotônica, produtos químicos - seria possível sem os dados fornecidos pelo MEV.


Nas ciências biológicas

No campo das ciências biológicas, grandes objetos, como insetos e tecidos animais e pequenos objetos, tais como bactérias e vírus são estudadas em detalhes por MEV. Existem muitas aplicações para o MEV neste campo e um delas é a taxonomia entomológica.

Solos e amostras de rocha
Agregado mineral

 Investigação de solos e amostras geológicas é um problema comum em microscopia eletrônica de varredura. Análise da morfologia pode informar sobre os processos de intemperismo. Diferenças de composição pode ser analisado por meio da imagem de elétrons retroespalhados (imagem acima). A Microanálise pode fornecer detalhes sobre a composição elementar.

Na ciência médica

O MEV é utilizado por pesquisadores médicos para comparar as células sanguíneas e amostras de tecidos para determinar a causa da doença. Algumas outras utilizações do MEV incluem o estudo de medicamentos e seu efeito sobre os pacientes, bem como para a pesquisa e desenvolvimento de novos tratamentos.


Na arte digital
Micrografias produzidas pelo MEV nem sempre são sérias. Também pode haver momentos apaixonados. Aqui está um exemplo de imagens tiradas no MEV e que foram modificados como arte digital. Tome um momento para apreciar as imagens. Veja se você consegue identificar algumas delas.

Exemplos de arte a partir de imagens SEM

   


Tipos de MEV


Os diferentes tipos de microscópios eletrônicos de varredura em detalhes:

Microscopia eletrônica de varredura (SEM) convencional (alto vácuo):

Este é o tipo mais comum de equipamento. Exige, uma amostra condutora seca (muitas vezes conseguida através da aplicação de uma camada fina de metal na superfície com uma técnica conhecida de pulverização catódica ou sputering). A amostra deve ser capaz de suportar um alto vácuo. Este tipo de equipamento é utilizado para imagiologia de rotina, usando eletrons secundários (SE) ou eletrons retroespalhados (BSE).

Microscopia eletrônica de varredura de pressão Variável ou baixo vácuo (LVSEM)

Este tipo de máquina é basicamente como um MEV convencional, mas tem a vantagem no modo de baixo vácuo (LV), em que a pressão pode ser ajustada na câmara da amostra até o artefato do "carregamento de eletrons" seja removido a partir da imagens. Este artefato de carregamento é o resultado do feixe de eletrons agindo na superficie de uma amostra não condutora. Elétrons extras saltam a partir da amostra de forma imprevisível, fazendo com surjam linhas e manchas na imagem. Além disso, a descarga desses eletrons imprevisíveis repele o feixe, causando saltos na imagem ou o aparecimento de manchas pretas.

O MEV de baixo vacuo (LVSEM) pode ser utilizado para a imagem da superfície de amostras não condutoras (nenhum metal precisa ser adicionado à superfície de tais amostras). É particularmente útil para a visualização de polímeros, amostras biológicas, e amostras de museu que não podem ser alteradas de alguma forma. A imagem é obtida usando elétrons retroespalhados (BSE).

O modo de LVSEM também pode ser utilizado para liofilizar amostra. A amostra é colocada sobre um suporte convencional de SEM, mergulhado em N2 líquido e, em seguida, colocado na câmara da amostra que é bombeada (vácuo) e deixada por cerca de 10 minutos suficiente para extrair a água por sublimação, deixando-a seca. Esse procedimento funciona melhor em amostras hidratadas que têm alguma integridade estrutural básica, como tecidos da planta.

Microscopia eletrônica de varredura criogênico (Cryo-SEM)

Cryo significa congelado. Um microscópio crio-eletrônico de varredura é um MEV convencional que foi equipado com equipamento específico que permite que as amostras possam ser visto no estado congelado. Isto é particularmente útil para visualizar diretamente as amostras hidratadas (molhadas), amostras biológicas delicadas, hidrogéis, alimentos, biofilmes, espumas, gorduras e ceras, suspensões, produtos farmacêuticos e nanopartículas. A amostra pode ser congelada fora da máquina e, em seguida, inserido no seu estado congelado, ou colocado na máquina em estado congelado e descongelado mais lentamente na máquina. É possível obter imagens por elétrons secundários (SE) ou elétrons retroespalhados (BSE). As amostras congeladas também pode ser fraturadas ou cortado durante a preparação para revelar as estruturas internas.

Microscópio eletrônico de varredura ambiental (ESEM)

Esta máquina é projetada para ver uma amostra em seu estado natural, sem a necessidade de dissecação. A temperatura da amostra e a pressão de vapor da câmara podem ser controladas, permitindo que as amostras sejam aquecida, resfriadas, umidecidas ou secas.

A umidade Relativa (RH), podem ser controlados no interior da câmara e experimentos dinâmicos podem ser realizados em amostras úmidas em tempo real, por aquecimento em um estágio especializado até a 1500 ° C. As amostras podem ser visualizados enquanto estes processos dinâmicos estão ocorrendo. Alguns exemplos de experimentos que podem ser realizados no ESEM incluem a determinação da dinâmica de fusão de materiais; determinação da dinâmica de cristalização em processos biológicos, como por exemplo o crescimento de um tubo de pólen em tempo real através de molhamento de pólen.

Microscópio eletrônico de varredura com feixe focado de íons (SEM-FIB)

Esta tecnologia envolve o uso de um feixe de íons (tipicamente íons de gálio) focados na amostra. O feixe é focado para uma sonda de tamanho extremamente fino (<10 nm) na superfície de uma amostra. A amostra pode ser seccionado ou conformado com o feixe de íons, enquanto a amostra está sendo monitorada pela microscopia eletrônica de varredura (MEV). O FIB pode cortar seções de 10 nm de espessura de materiais muito duros, o FIB também pode ser utilizado para criar amostra extremamente finas de um material para que possa ser visualizados por outras técnicas, tais como microscopia eletronica de transmissão. Também pode ser utilizado para a deposição de materiais em uma área pequena (cerca de 100 nm) a partir de vapor químico de gases específicos.

As máquinas que possuem tanto a coluna de íons quanto a colunas de elétrons em um único instrumento são chamados de instrumentos de feixe duplo. A vantagem de máquinas de feixe duplo é que elas permitem que as amostras analisadas possam ser observadas com o feixe de eletrons juntamente com o feixe de íons sem danificar a superfície da amostra.