Ứng dụng KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT trong Khoa học vật liệu

Khoa học vật liệu là một lĩnh vực liên quan đến sự nghiên cứu, phát triển nhiều loại vật liệu mới. Đó là một lĩnh vực khoa học đa ngành liên quan đến các ngành như vật lý, hóa học và kỹ thuật. Khoa học vật liệu tập trung hầu hết vào đặc tính của vật liệu như tính chất cơ, tính chất hóa học, tính chất điện, nhiệt, quang và tính chất từ.

Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu về Khoa học vật liệu, cần có nhiều thiết bị thông minh. Ở đây chúng ta nói đến Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và hệ thống micro-CT đã góp phần rất lớn trong nghiên cứu về cấu trúc, thành phần, tính chất của các loại vật liệu.

Ứng dụng của Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và micro-CT được chia theo từng vật liệu, lĩnh vực khác nhau như sau:

👉Ứng dụng kính hiển vi điện tử quét trong Công nghiệp Thủy tinh

Các sản phẩm được làm từ thủy tinh có thể thấy trong đời sống hằng ngày như cửa sổ, cửa kính, tấm pin mặt trời, các bộ phận nội thất, thiết bị điện hoặc các vật chứa như chai, lọ, bình thủy tinh,...

Sợi thủy tinh và thủy tinh cao cấp có những tính chất vô cùng đặc biệt như cách âm, chống sốc nhiệt. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, điện - điện tử, xây dựng,...

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là thiết bị không thể thiếu trong Công nghiệp thủy tinh:

✔ SEM thực hiện cung cấp những thông tin về hình ảnh, cấu trúc và thành phần của vật liệu thủy tinh và các thành phần được làm từ nó.

✔ Bên cạnh đó, SEM của TESCAN được tích hợp thêm chế độ UniVac, là chế độ với áp suất thay đổi cho phép thực hiện kiểm tra các mẫu "không dẫn điện" hoặc các mẫu "không thể phủ lớp kim loại" lên bề mặt.

Một số hình ảnh được chụp bởi SEM của TESCAN

👉Ứng dụng Kính hiển vi điện tử quét trong nghiên cứu vật liệu polymer và composite

Như chúng ta đã biết, vật liệu polymer và composite đặc trưng bởi các tính chất như khả năng chịu nhiệt tốt, độ cứng cao và có độ linh động tuyệt vời.

Một số ưu điểm của vật liệu Polymer là mật độ thấp, có khả năng chống ăn mòn hóa học, đồng nhất trong thành phần và cấu trúc cho khả năng xử lý tốt.

Về vật liệu Composite, đó là vật liệu được làm từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau có các bề mặt phân cách với tính chất hóa học, vật lý cũng khác nhau.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) của TESCAN cung cấp các giải pháp để tạo ra những vật liệu có tính chất tốt hơn, SEM là một thiết bị lý tưởng trong nghiên cứu và sản xuất các loại vật liệu polymer và composite.

✔ Nhờ vào khả năng cho độ phân giải cao và độ sâu tiêu cự lớn nên SEM TESCAN đã trở thành "người bạn tuyệt vời" cho việc quan sát, phân tích vật liệu polymer, nhựa, composite.

✔ Không chỉ vậy, SEM của TESCAN còn rất linh động, được tích hợp với đa các "mô-đun phần mềm", các loại "đầu dò" và các phép "phân tích" để đáp ứng đầy đủ nhu cầu của người dùng.

✔ Ngoài ra, micro-CT của TESCAN cho phép người dùng thực hiện quan sát những đặc điểm bên trong của vật liệu như độ xốp, sự liên kết của các sợi và sự phân bố của các pha mà không phá hủy mẫu.

👉Ứng dụng Kính hiển vi điện tử quét trong nghiên cứu vật liệu gỗ, vải và giấy.

Vật liệu gỗ, vải, giấy là những loại vật liệu không dẫn điện và đó cũng chính là vấn đề "trăn trở" của các nhà nghiên cứu về các loại vật liệu này khi sử dụng SEM.

Hiểu được "khó khăn" đó, TESCAN đã thiết kế ra thiết bị SEM "hiện đại" với "nhiều tính năng" phục vụ cho quan sát các mẫu không dẫn điện và cả những mẫu không thể phủ lớp kim loại lên bề mặt.

✔ Nhờ vào khả năng cho "độ phân giải cao" và "độ sâu tiêu cự lớn" SEM TESCAN đã trở thành một thiết bị "lý tưởng" phục vụ cho quan sát bề mặt các vật liệu từ vật liệu dẫn điện đến vật liệu không dẫn điện.

✔ SEM TESCAN cung cấp cho người dùng những hình ảnh có độ phân giải cao ngay cả khi điện thế gia tốc cực thấp.

✔ Bên cạnh đó, TESCAN còn tích hợp cho SEM thêm các mô-đun phần mềm, các loại đầu dò, các phép phân tích rất linh động phục vụ mọi nhu cầu nghiên cứu như chế độ Univac với áp suất thay đổi và đầu dò LVSTD chuyên dùng để thực hiện quan sát các mẫu không dẫn điện và các mẫu không thể phủ lớp phủ kim loại.

✔ Ngoài ra, micro-CT hỗ trợ quan sát các đặc điểm bên trong như độ xốp, sự liên kết của các sợi và sự phân bố các pha mà không phá hủy mẫu. Dynamic CT cho phép người dùng quan sát những thay đổi bên trong cấu trúc khi bị ảnh hưởng bởi tải.

👉Ứng dụng Kính hiển vi điện tử quét trong Kỹ thuật xây dựng và dân dụng

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một kỹ thuật phân tích thiết yếu phục vụ cho nghiên cứu về các loại vật liệu xây dựng.

Ảnh bề mặt được chụp từ SEM có thể hỗ trợ cho việc xác định những hư hỏng trong vật liệu xây dựng như sự ăn mòn, phá hủy cấu trúc và những hư hỏng khác do điều kiện môi trường gây ra.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) thực hiện phân tích với nhiều loại vật liệu khác nhau, từ các vật liệu tự nhiên sử dụng trong xây dựng như gỗ, đất, cát đến những vật liệu sản xuất như bê tông, gạch, tấm thạch cao, bông khoáng,...

Bên cạnh đó, Kính hiển vi điện tử quét (SEM) của TESCAN rất "linh động" được tích hợp với nhiều hệ thống đầu dò, các mô-đun đa chức năng phục vụ cho mọi nhu cầu nghiên cứu.

✔ SEM của TESCAN sử dụng kết hợp đầu dò BSE và đầu dò EDX giúp người dùng xác định chi tiết cấu trúc, thành phần hóa học của hỗn hợp bê tông, cát và các vật liệu dạng hạt.

✔ Chế độ UniVac và Water Vapour Inlet có thể được sử dụng để quan sát quá trình kết tinh hoặc nóng chảy trực tiếp trong buồng SEM.

✔ Hệ thống FIBSEM chùm tia kép có thể cho biết thông tin về bề mặt của vật liệu cũng như tạo hình ảnh 3D cho vật liệu đó.

✔ TESCAN còn cung cấp cho người dùng hệ thống micro-CT cho phép quan sát những đặc điểm bên trong mà không phá hủy mẫu như độ xốp, vết nứt và sự phân bố của các pha. Dynamic CT cho phép người dùng quan sát những sự thay đổi bên trong cấu trúc do tác động của tải hoặc bị hấp thụ chất lỏng.

👉Ứng dụng Kính hiển vi điện tử quét trong Chế tạo Pin

Ngành công nghiệp chế tạo pin ngày càng phát triển mạnh, cùng với đó các nghiên cứu liên tục được đầu tư phát triển nhằm mục đích tạo ra những hệ thống lưu trữ năng lượng cho tương lai, mỗi nhiệm vụ khác nhau sẽ đòi hỏi những thay đổi về công nghệ khác nhau.

Những nghiên cứu dần được mở rộng dựa trên nền Pin Li-ion. Lớp giao pha điện cực rắn (SEI – Solid electrolyte interphase) đã được chứng minh là rất quan trọng trong việc làm tăng hiệu suất và vòng đời của pin Li-ion. Vậy làm cách nào để có lớp SEI tốt? Cần phải có những hiểu biết về cấu tạo và những phản ứng được hình thành trên lớp SEI của Pin Li-ion.

Vì vậy, hãng TESCAN đã cung cấp một tích hợp độc đáo giữa FIB-SEM và TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometer) cho phép người dùng thực hiện những phân tích bề mặt với độ phân giải cao như sự định hình về độ sâu và sự phân bố của các nguyên tố để phân tích lớp SEI trong pin Li-ion.

✔ Phần mềm 3D Tomography Advanced kết hợp chụp ảnh 3D và tín hiệu phân tích giúp thực hiện phân tích 3D EDX và 3D EBSD.

✔ Hình ảnh có độ phân giải cao cho biết thông tin vi cấu trúc bao gồm các vi hạt hình cầu của vật liệu được liên kết với nhau bởi mạng polyme.

✔ TESCAN còn cung cấp thêm hệ thống Micro-CT cho phép thực hiện nghiên cứu cấu trúc bên trong của các loại pin mà không phá hủy nó.

✔ Bên cạnh đó, Dynamic micro-CT giúp thực hiện quan sát những thay đổi trong cấu trúc của pin dưới những tác động bên ngoài như gia nhiệt.

👉Ứng dụng Kính hiển vi điện tử quét trong thép, kim loại, hợp kim

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là công cụ "tuyệt vời" phục vụ cho việc nghiên cứu vật liệu trong lĩnh vực này. SEM cho phép quan sát những đặc điểm bề mặt của các mẫu hợp kim và thép nhờ vào khả năng cho độ phân giải cao và độ sâu tiêu cự lớn.

SEM của TESCAN tích hợp với nhiều mô-đun cho nhiều chức năng đáp ứng mọi yêu cầu của người dùng.

✔ Chế độ Wide Field cho phép chụp ảnh các vật thể cực lớn với độ phóng đại thấp mà không làm bị biến dạng ảnh.

✔ Chế độ Depth cho phép chụp ảnh các mẫu có địa hình phức tạp như bề mặt bị gãy, nứt.

✔ Chế độ Resolution để quan sát các đặc điểm như ranh giới hạt và sự sai lệch của chúng.

✔ Bên cạnh đó, TESCAN còn cung cấp thêm hệ thống Dynamic micro-CT cho phép quan sát những thay đổi 3D trong các mẫu kim loại thông qua các thí nghiệm tại chỗ để không bị gián đoạn. Ví dụ, kiểm tra độ bền kéo của mẫu xương chó được làm từ kim loại.

👉Ứng dụng Kính hiển vi điện tử quét trong nghiên cứu vật liệu ceramics và hard coatings

Vật liệu ceramic có đầy đủ các tính chất cơ, nhiệt, điện và trong một số trường hợp, các vật liệu có thành phần từ vật liệu ceramic là một trong những giải pháp tốt nhất cho các vấn đề kỹ thuật mà các vật liệu khác không làm được.

Không những vậy, vật liệu ceramic cao cấp có những tính chất "ưu việt" hơn so với các thành phần tạo nên nó, vì vậy vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp điện - điện tử, y học và tự động hóa.

Tuy nhiên, để góp phần tạo nên vật liệu ceramic "ưu việt" cần phải có những hiểu biết về cấu trúc, thành phần các vật liệu tạo nên nó, vì vậy cần sử dụng các thiết bị hiện đại để phục vụ cho lĩnh vực nghiên cứu này. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là thiết bị không thể thiếu trong việc nghiên cứu này.

Hầu hết, "khó khăn" của người dùng với SEM là thực hiện phân tích các "mẫu không dẫn điện" hoặc các "mẫu không thể phủ lớp dẫn điện" lên trên bề mặt.

Để giải quyết những vấn đề đó, TESCAN thiết kế SEM hiện đại hơn, tích hợp với nhiều khả năng tốt hơn. SEM của TESCAN giúp thực hiện quan sát các mẫu không dẫn điện và mẫu không thể phủ lớp kim loại ở chế độ áp suất thay đổi mà không phá hủy mẫu.

✔ SEM có thể được sử dụng kết hợp với Beam Deceleration Technology (BDT) để đạt được hình ảnh có độ phân giải cao ngay cả khi năng lượng điện tử cực thấp, cho phép người dùng thu được hình ảnh tuyệt vời về cấu trúc vi mô của các mẫu vật.

✔ SEM với súng phát xạ trường là thiết bị "lý tưởng" phục vụ cho những nghiên cứu về vật liệu ceramic với độ phân giải cao.

Ngoài ra, TESCAN còn cung cấp thêm kỹ thuật Micro-CT cho phép quan sát các đặc điểm bên trong mà không phá hủy mẫu như độ xốp, vết nứt và sự phân bố của các pha.

🔎 Xem thêm nhiều ứng dụng của Kính hiển vi điện tử quét trong Khoa học vật liệu tại: https://mtechnology.vn/vi/ung-dung-cua-kinh-hien-vi-dien-tu-quet-va-micro-ct/khoa-hoc-vat-lieu.html