Pyyhkäisyelektronimikroskopia

Pyyhkäisyelektronimikroskopia (SEM) on tarkka ja nopea tekniikka materiaalin pintojen mikroskooppisten rakenteiden tutkimiseen. Sen avulla voidaan myös hahmottaa materiaalin topologiaa.

SEM:llä on monia sovelluksia tutkimuksessa ja tuotekehityksessä: esimerkiksi hiukkasten tai pinnoitteiden pinnan morfologiaa voidaan kuvantaa. Joustavuutensa ansiosta SEM:iä voidaan käyttää apuna monien erilaisten tuotantoprosessissa ilmenevien ongelmien ratkaisemiseen.

  • Nopeat tulokset
  • Henkilökohtaista apua asiantuntijoilta
  • Kilpailukykyiset hinnat
  • Takuu tulosten oikeellisuudesta

Mikroskoopilla otetun kuvan resoluutio - toisin sanoen pienin etäisyys kahden eri kohteen välillä, jolla kohteet voidaan vielä erottaa toisistaan - riippuu käytetyn elektromagneettisen säteilyn (esimerkiksi valon) aallonpituudesta. Koska elektroneilla on lyhyempi aallonpituus kuin fotoneilla, elektroneja voidaan käyttää valon sijasta korkeamman resoluution saavuttamiseksi. Siksi näytteen yksityiskohdat voidaan nähdä tarkemmin elektronimikroskoopilla kuin perinteisellä valomikroskoopilla. Mitä korkeampi resoluutio, sitä laadukkaampia kuvia voidaan tuottaa. 

SEM:n perustoimintaperiaate

Hyvän pyyhkäisyelektronimikroskoopin (scanning electron microscope, SEM) resoluutio voi olla alle 1 nm. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla näytteen yksityiskohtaiset pintarakenteet voidaan nähdä erinomaisen tarkasti, jolloin näytteen pinnan morfologiasta ja jopa sen topologiasta saadaan tarkka kuva. Erilaisiin vaatimuksiin on saatavilla monia erilaisia SEM-laitteita, lisättäviä detektoreita ja tekniikoita, mutta kaikki SEM-laitteet noudattavat silti samaa perustoimintaperiaatetta. SEM:ssä elektronisuihku pyyhkii näytteen pintaa systemaattisesti. Elektronit kiihdytetään matkaan elektronilähteestä ja ne ohjataan useiden elektromagneettisten linssien ja apertuurien läpi ennen osumistaan näytteeseen. Elektronit vuorovaikuttavat näytteen pinnan kanssa ja tuottavat erilaisia signaaleja poiketessaan alkuperäisestä suunnastaan. 

Takaisinsirontaelektronit

Kun vuorovaikutus on tapahtunut, elektronidetektori havaitsee elektronit. Jotkin näytteen pintaan osuvista elektroneista siroavat takaisin, ja nämä elektronit havaitaan BSE (backscatter electron, takaisinsirontaelektroni) -detektorilla. Näin saadaan tietoa eri alkuaineiden jakautumisesta näytteessä, koska elektronit siroavat enemmän raskaammista alkuaineista. Tämä voidaan nähdä näytteen eri alueiden välisinä kontrastieroina.

Sekundäärielektronit

Elektronisuihku vapauttaa näytteestä myös sekundäärisiä elektroneja (SE), jotka irtoavat ja siroavat sen pinnasta. Vain sellaiset sekundäärielektronit, jotka ovat hyvin lähellä näytteen pintaa (alle 10 nanometriä pinnasta) voivat irrota ja ne voidaan havaita SE-detektorilla. Sironneiden elektronien signaali on vahvempi ja kirkkaampi, kun näyte on sijoitettu lähelle detektoria. Siksi erot näytteen pinnanmuodoissa näkyvät selvästi lopullisessa kuvassa. 

Kuvan muodostuminen

Detektori on yhdistetty tietokoneeseen, joka muuntaa saadun informaation kuvaksi elektronisuihkun pyyhkäisy kerrallaan. Kuva näytteestä muodostuu tietokoneen näytölle pikseli pikseliltä. Elektronien lisäksi jotkin SEM-laitteet voivat havaita myös valoa. Kun elektronit vuorovaikuttavat näytteen pinnan kanssa, ne saavat näytteen tuottamaan katodisädeluminesenssia. Katodisädeluminesenssi tapahtuu kun elektronit vuorovaikuttavat valoa heijastavan materiaalin, esimerkiksi fosforin, kanssa ja saavat materiaalin lähettämään fotoneja, jotka voidaan nähdä paljaalla silmällä valona mikäli niillä on näkyvän spektrin aallonpituuksia. 

Näytteet

SEM:llä analysoitavien näytteiden tulee olla kuivia ja niiden pintojen sähköä johtavia. Mikäli näin ei ole (esimerkiksi biologisten näytteiden tapauksessa), näytteitä täytyy esikäsitellä ennen SEM:iä. Yleensä näytteet, jotka eivät johda sähköä, on pinnoitettava sähköä johtavalla materiaalilla ennen analyysiä. Sopivia pinnoitteita ovat esimerkiksi platina, kulta, palladium ja hiili.

Soveltuvat näytematriisit

  • Kiinteät näytteet
  • Erilaiset materiaalit, kuten metallit tai polymeerit
  • Jauheet

SEM:n tyypillisiä käyttökohteita

  • Tuotekehitys ja laadunvalvonta, esimerkiksi vaurioanalyysit
  • Materiaalien tutkiminen, esimerkiksi materiaalin pinnan pienten yksityiskohtaisten rakenteiden havainnoiminen ja mittaaminen, sekä sen murtumismekanismien analysoiminen
  • Monimutkaisten ympäristö- ja biologisten näytteiden tutkiminen niiden pinnan mikroskooppisten rakenteiden selvittämiseksi
Tarjouspyyntö

Ota yhteyttä

Voit myös lähettää sähköpostia info@measurlabs.com tai soittaa meille numeroon +358 40 735 4843.

Vastaamme aina vuorokauden sisällä.
UKK

Usein kysytyt kysymykset

Mihin SEM:iä yleensä käytetään?

SEM:llä voidaan vastata laajaan tutkimustarpeiden kirjoon sekä tieteessä että teollisuudessa erityisesti silloin, kun mikroskooppiin kiinnitetään ylimääräisiä detektoreita. Myös pelkkä SEM-tekniikka yksinään on kuitenkin erittäin hyödyllinen työkalu kaikenlaiseen tutkimukseen. SEM:llä voidaan tutkia suuria ja raskaita näytteitä, sekä saada aikaan erinomainen kuvanlaatu haastavienkin materiaalien tai erittäin pienten yksityiskohtien kanssa. Erilaisten materiaalien SEM-analyysit, kuten esimerkiksi metallin mikroskooppisten pintarakenteiden havainnoiminen, voi olla erittäin hyödyllistä tutkimus- ja kehitystyölle. Materiaalin eri hiukkastason komponenttien välimatkojen, sekä sen murtumismekanismien ja -syiden selvittäminen voivat auttaa myös tuotantoprosessien optimoinnissa.

Koska mikroskooppiin voidaan kiinnittää monia lisävarusteita, SEM:iä voidaan käyttää myös muihin tarkoituksiin kuin kuvantamiseen. Kuvaamiseen käytettävien detektoreiden (BSE- ja SE-detektorit) lisäksi erilaiset analyyttiset detektorit, kuten EDX (toiselta nimeltään EDS), WDS ja EBSD yhdessä SEM:n kanssa antavat erityyppistä tietoa tutkittavasta kappaleesta. Sekä EDX:ää, että WDS:ää voidaan käyttää näytteen koostumuksen analysoimiseen tunnistamalla alkuaineita ja mittaamalla niiden pitoisuuksia. EBSD on hyvä työkalu materiaalin hilarakenteen tutkimiseen esimerkiksi teollisessa tuotannossa tai materiaalitieteessä. Näiden detektoreiden avulla hiukkasten tunnistaminen ja rakenneanalyysi voidaan suorittaa SEM:llä esimerkiksi tuotteen laadun takaamiseksi.

Mikä on SEM-EDX?

SEM-EDX -menetelmässä tavalliseen SEM:iin on kytketty EDX-detektori (kutsutaan myös nimellä EDS). SEM-EDX:ää voidaan hyödyntää alkuaineiden tunnistamiseen, sekä niiden jakauman ja pitoisuuksien määrittämiseen näytteestä. Kun elektronit vuorovaikuttavat näytteen pinnan kanssa, ne saavat näytteen tuottamaan röntgensäteitä jotka voidaan havaita EDX-detektorilla. Koska jokaisella alkuaineella on omanlaisensa röntgenspektri, näytteen alkuaineet ja yhdisteet sekä niiden pitoisuudet voidaan selvittää SEM-EDX:llä.

SEM-EDX:n ansiosta voidaan saada selville, sisältääkö tuotettu materiaali joitakin ylimääräisiä aineita, ja missä valmistusprosessin vaiheessa aineet ovat päätyneet siihen. Alkuainekartoitus, missä eri alkuaineet on merkitty eri väreillä näytteestä otettuun kuvaan, voidaan tehdä SEM-EDX:llä esimerkiksi korroosion tai jonkin muun kemiallisen reaktion aiheuttajan löytämiseksi näytteestä. Lisätietoa SEM-EDX:stä on löydettävissä SEM-EDX -sivultamme.

EDX:n lisäksi myös röntgendetektori (X-ray detector, XRF) voi tunnistaa alkuaineita niiden röntgenspektrien perusteella jopa mikrometrin tarkkuudella yhdessä SEM:n kanssa käytettynä.

Mitkä ovat SEM:n rajoitteet?

SEM:llä voidaan tutkia ainoastaan näytteen pinnan rakenteita. Vaikka näytteen poikkileikkauksia voidaan käyttää sisäisten rakenteiden näkemiseen, tämä menetelmä ei ole vaihtoehto, mikäli näyte ja sen sisäosat halutaan pitää yhtenä kappaleena ja vahingoittumattomina (erityisesti biologisia näytteitä tutkittaessa). 

Mikäli näyte on liian suuri mikroskooppiin, sitä saatetaan joutua hieman leikkaamaan ennen analyysiä. Muita näytteenvalmistelutekniikoita tarvitaan usein silloin, jos näyte on likainen, märkä tai se ei johda sähköä.

Näytteen pinnassa olevia alkuaineita ei pystytä tunnistamaan pelkällä SEM:llä. Sen sijaan SEM-EDX ja XRF ovat sopivia menetelmiä tähän tarkoitukseen.

Millaisia näytteitä SEM:llä voi analysoida?

SEM:llä voidaan analysoida kiinteitä näytteitä. Näytteiden tulee olla kuivia ja niiden pintojen sähköä johtavia, jotta suurin osa SEM-tekniikoista toimisi. Mikäli näyte ei täytä näitä vaatimuksia, sitä täytyy usein käsitellä ennen SEM:iä.

Mikä Measurlabs on?

Measurlabs tarjoaa erilaisia laboratorioanalyyseja tuotekehittäjille ja laatujohtajille. Suoritamme osan analyyseista omassa laboratoriossamme, mutta enimmäkseen ulkoistamme ne huolella valikoiduille kumppanilaboratorioille. Tällä tavoin pystymme lähettämään kunkin näytteen sille sopivimpaan laboratorioon ja tarjoamaan asiakkaillemme korkealaatuisia analyyseja yli tuhannella eri menetelmällä.

Miten palvelu toimii?

Kun otat meihin yhteyttä tarjouspyyntölomakkeella tai sähköpostilla, yksi menetelmäasiantuntijoistamme ottaa mittauksesi hoitaakseen ja vastaa mahdollisiin kysymyksiisi. Saat kirjallisen tarjouksen, jossa on kerrottu mittauksen yksityiskohdat ja osoite, johon voit lähettää näytteet. Me huolehdimme sen jälkeen näytteiden toimittamisesta oikeisiin laboratorioihin ja kirjoitamme tuloksista sinulle selkeän mittausraportin.

Kuinka lähetän näytteeni?

Näytteet toimitetaan laboratorioomme yleensä lähetillä. Varmista yksityiskohdat asiantuntijamme kanssa ennen näytteiden lähettämistä.

SEM mahdollistaa nopean ja täsmällisen kuvantamisen kaikenlaisille materiaaleille kuten metalleille, muoveille, puulle ja biologisille kudoksille. Näytteen pinnan mikroskooppiset rakenteet voidaan nähdä tarkkana suurennoksena ja erinomaisella kuvanlaadulla. Measur tarjoaa tehokasta SEM-analyysipalvelua luotettavilla tuloksilla mahdollistaen tuotteillesi nopean kehityksen ja laadunvalvonnan.