43
Prof.dr.fiz. D. Bojin 24 mai 2012 Partea I-a

24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Prof.dr.fiz. D. Bojin 24 mai 2012

Partea I-a

Page 2: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt]

1. something made or given shape by man, such as a tool or a work of art, esp an object of archaeological interest

2. anything man-made, such as a spurious experimental result 3. (Life Sciences & Allied Applications / Biology) Cytology a

structure seen in tissue after death, fixation, staining, etc., that is not normally present in the living tissue [from Latin phrase arte factum, from ars skill + facere to make

1. artefact, artefacte: ceva făcut sau i s-a dat o forma de catre om, cum ar fi un instrument sau o operă de artă, ESP un obiect de interes arheologic

2. orice facut de catre om, cum ar fi un rezultat experimental fals

3. (Life Sciences & Allied Applications / Biology) Citologie o structură observata in tesut, după ce tesutul nu mai este viu si a fost fixat, colorat, etc. si care nu este prezent, în mod normal, in tesutul viu; [frază din latină: Arte factum, de la Ars abilitate - de a face, facere].

Page 3: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

ARTEFÁCT s. n. (Anat.) Falsă imagine care apare în preparatele histologice din cauza unor procedee

greșite de fixare sau de colorare (pe lama microscopului). – Din fr. artefact.

Sursa: DEX '98 (1998) | Adăugată de romac |

artefáct1 sn Atestare: DEX (ediția a II-a) Plural: artefacte Etimologie: (din

franceză) artefact 1 Structură de origine artificială sau accidentală apărută în timpul observării sau

experimentării asupra unui fenomen natural. 2 (His.) Modificare produsă în structura naturală a celulelor

și țesuturilor de reactivi și procedeele folosite.

Sursa: MDA (2002) | Adăugată de raduborza |

artefáct2 sn Atestare: MDA Plural: artefacte Etimologie: (din engleză) artifact Obiect produs de

activitatea umană.

Sursa: MDA (2002) | Adăugată de raduborza |

ARTEFÁCT s.n. 1. Imagine falsă apărută în preparatele histologice produsă artificial sau datorită unor

defecte de fixare ori de colorare. 2. (Cib.) Semnal parazit supus unei informații, în semnificația căreia

joacă un rol nul sau negativ. [< fr. artéfact].

Sursa: DN (1986) | Adăugată de LauraGellner

ARTEFÁCT s. n. 1. structură, fenomen artificial în cursul unei investigații sau exploatări. 2. (med.)

modificare în preparatele histologice produsă artificial sau datorită unor defecte de fixare ori de colorare.

3. (cib.) semnal parazit supus unei informații, în în semnificația căreia joacă un rol nul sau negativ. (< fr.

artefact)

DEX online

Page 4: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work
Page 5: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Radiatii X de Franare

40

0.0

0

Electroni Auger

Electroni retroimprastiati

Electroni secundari emisi

Radiatii X de franare

Radiatii X de

fluorescenta

Rezolutie radiatii X

Electroni

transmisi

Rezolutie

spatiala

Radiatii X reflectate,

difractie Kossel

Adancime

efectiva

Radiatii X

primare

L

Radiatii X

energetice

X=Lcosecθ

Fascicul incident

Suprafata probei

Fascicul electronic

incidentElectroni retroimparstiati

(reflectati elastic)

Electroni secundari

(emisi)

Radiatii X

Radiatii infrarosiiRadiatii luminoase

(fotoni optici)

Microscopie

electronica cu

baleiaj sau de

tip analitic

Microscopie

electronica prin

transmisie,

microsopie

electronica cu

baleiaj prin

transmisie,

analiza

dispersiva in

energie

Electroni

absorbitiCurent indus

Imprastiere elastica

necoerenta

Imprastiere neelasticaFascicul nedeviat

de electroni transmisi

Imprastiere elastica

coerenta

PROBA

Page 6: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work
Page 7: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

http://www.hitachi-hta.com/sites/default/files/product_files/HTD-E193-HitachiSU9000-FESEM-

brochure.pdf

Page 8: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

http://www.hitachi-hta.com/sites/default/files/product_files/HTD-E193-HitachiSU9000-FESEM-

brochure.pdf

Page 9: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

http://www.hitachi-hta.com/sites/default/files/product_files/HTD-E193-HitachiSU9000-FESEM-

brochure.pdf

Page 10: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

SE image

resolution

0.4nm (30kV, Sample Height=1.0mm, 800kx)

1.2nm (1kV, Sample Height=2.0mm, 250kx)

STEM image

resolution 0.34nm (30kV, Sample Height=0.0mm, Lattice image)

Mag on Photo*1 Mag on Display*2

LM Mode 80 ~ 10,000x 220 〜 25,000x

HM Mode 800 ~ 3,000,000x 2,200 〜 8,000,000x

Electron gun Cold cathode field emission source

Accelerating

voltage 0.5 ~ 30kV (0.1kV step)

Lens system 3-stage electromagnetic lens reduction

http://www.hitachi-hta.com/sites/default/files/product_files/HTD-E193-HitachiSU9000-

FESEM-brochure.pdf

Page 11: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

EM Course –Introduction to SEM, Professor Rodney Herring,

Canada Fundation for Inovation.

Page 12: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Un artefact care poate sa apara in rezultatele investigatiilor de ME consta in

distugerea cauzata prin diferite tehnici de preparare a probelor, distrugeri care pot fi

usor confundate cu microstructura probelor. Artefactele pot fi produse mecanic,

chimic, ionic, sau prin actiuni fizice. In timpul observatiilor prin ME, in special

TEM/STEM, pot fi produse alte artefacte prin iradiere sub fascicul de electroni.

Prin urmare, pot sa apara doua categorii de artefacte: unele care apar in timpul

etapelor preliminare de pregatire a probelor si cele formate sub efectul iradierii cu

fascicul de electroni in timpul observatiilor.

Materialele investigate pot fi mai sensibile sau mai putin sensibile la formarea de

artefacte, in functie de natura legaturilor chimice sau de proprietatile fizico- mecanice

si in functie de tehnicile de preparare.

J. Ayache at al., Sample Preparation Handbook for Transmission Electron Microscopy, Springer Business

Media, LLC 2010,

Page 13: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

University of Zurich, Center for Microscopy and Image Analysis, Courtesy: Andres Kaechcroscopy

Page 14: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

In microscopia electronica scanning probele conductoare sau semiconductoare nu pun probleme deosebite.

Probele neconductoare pot fi investigate cu un microscop de tip ESEM sau, cum se procedeaza de obicei,

aceste probe se acopera cu un strat conductor, dintr-un metal cu randament mare de emisie a electronilor

secundari (Au, Pd, sau C) de cateva sute de angstromi grosime. Stratul este, de cele mai multe ori, depus prin

pulverizare. Acest proces poate, uneori, perturba structura sau morfologia probei sau sa acopere anumite

detalii fine. In cazul fixarii chimice, deshidratarii, ca etape in pregatirea probelor, adesea se produc contratii

sau prabusirea unor structuri delicate. In aceste cazuri se foloseste tehnica crio-fixarii, care este mult mai

putin predispusa la artefacte. Si in acest caz pot sa apara artefacte atunci cand procesul de congelare nu are loc

suficient de rapid, in caz contrar pot sa apara cristale de gheata si structurile, mai ales cele biologice, sa fie

alterate.

O alta cale de a introduce artefacte in orice tip de probe este contaminarea in timpul manipularii si in timpul

investigarii.

H2O 273,16 K 0,610 kPa

CO2 216,55 K 517,2 kPa

Temperatura punctului triplu

al apei este 0,01°C.

Page 15: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Avantajele folosirii ESEM

1. Ionizarea gazelor în camera de probă elimină artefacte de încărcare, de obicei observate cu

probe neconductive. Astfel, probele nu trebuie să fie acoperite cu un strat conductiv. ESEM

inlatura procesul de pregătire.

2. Cu ESEM se pot investiga probe umede, murdare şi uleioase. Produsele de contaminare nu

pot deteriora sau degrada calitatea imaginii.

3. ESEM poate achiziţiona imagini de electroni de la probe la temperaturi ridicate , de exemplu

1500°C, deoarece Detectorul de electroni secundari in mediu controlat (ESD), este insensibil la

căldură.

4.Detectorul este, de asemenea, insensibil la lumină. Lumina emisa de proba, de exemplu de la

incandescenţă (probe incalzite), cathodoluminescenta sau fluorescenţă, nu produce zgomot in

imagine.

5. ESEM elimină necesitatea de acoperire conductoare, care poate, de multe ori, deteriora

structuri delicate, în timpul pregătirii probei.

6. In ESEM se pot efectua analize compozitionale prin spectroscopie de radiatii X chiar la

tensiuni de accelerarea foarte ridicate (30kV).

7. Eliminând necesitatea de pregatire a probelor, în special acoperirile conductive, se pot

investiga probe solicitate dinamic, cum ar fi tensiune de intindere, compresiune, urmarirea

propagarii fisurilor, teste de aderenţă, încălzire, răcire, congelare, topire, hidratare, deshidratare,

sublimare, etc. http://dmohankumar.wordpress.com

Page 16: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Uscat la punctul critic Uscat in aer

Petala de trandafir

Acarian

Page 17: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

În microscopie electronica de transmisie (TEM), un fascicul de electroni de mare

de energie (40-300keV), interacţionează cu o proba (preparat) transparenta

(aprox. 100-150 nm grosime), cu scopul studierii microstructurii şi compoziţiei.

Pregătirea unei probe cu o astfel de grosimea este,deopotriva, artă şi ştiinţă.

Este nevoie de elaborarea de metode adecvate, precum şi realizarea /

demonstrarea ca procedura respectiva este reproductibilia. De asemenea,

trebuie acordata o mare atenţie pregătirii şi manipularii probelor avand in vedere

faptul ca probele sunt extrem de subţiri şi, prin urmare, predispuse la îndoire şi

rupere.

Tehnicile de pregătirea a probelor pentru TEM trebuie adaptate pentru fiecare

clasa de materiale, cum ar fi metale si aliaje, multistrat, semiconductoare;

acoperiri metalice, structuri si dispozitive, nanomateriale, nanotuburi / particule,

folii subtiri, pulberi obtinute prin macinare mecanica, compozite, materiale

casante. Pregătirea probelor pentru TEM implică subţierea acestora pana ajung

la grosimi care sa fie transparente pentru electroni. Aceste tehnici de pregatire

pot contribui la aparitia unor artefacte in imaginile sau analizele structurale si/sau

compozitionale. .

Page 18: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Prin urmare, pregatirea probelor trebuie sa fie efectuata cat mai repede posibil si este crucial pentru orice microscopist să cunoască în primul rând, proprietăţile

materialului care urmeaza sa fie analizate şi în al doilea rând tehnica de pregatire

corespunzătoare, astfel incat, sa fie capabil să recunoască aceste artefacte în timpul

observarii la TEM.

Diametrul probei trebuie sa fie de maxim 2,3 sau 3 mm iar grosime, in functie de material si de investigatiile ce urmeaza a fi efectuate, sa fie cuprinsa intre 0,5 si 200 nm.

Page 19: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Danièle Laub, OVERVIEW OF SAMPLE PREPARATION TECHNIQUES FOR

TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY IN MATERIALS SCIENCE , EPFL-CIME, École Polytechnique Fédérale de Lausanne.

Page 20: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

2.4.1 Metode de preparare a probelor specifice stiintei materialelor Probele preparate pentru microscopia electronica prin transmisie trebuie sa tina seama, in privinta grosimii, de tensiunea acceleratoare, pentru ca transmisia electronilor sa se faca fara pierderi energetice excesive. In general, pentru tensiuni acceleratoare pana la 100 kV, grosimea probelor poate varia intre 100Å si 1000Å , in functie de natura materialului si caracterul studiului intreprins.

In principiu se disting doua tipuri diferite de metode de pregatire a probelor in functie de scopul urmarit in cadrul investigatiilor structurale: metode de studiu a topografiei si morfologiei suprafetei si metode in vederea examinarii structurii interne.

a) metode de preparare a probelor pentru studiul topografiei si morfologiei superficiale. Una dintre tehnicile cele mai utilizate pentru investigarea suprafetelor este o metoda indirecta sau metoda replicilor. Aceasta metoda consta in depunerea pe suprafata probei investigate a unui strat subtire de substanta, care apoi se separa de proba, constituind o replica care se studiaza in microdcopul electronic prin transmisie, tinand seama ca replica reprezinta o copie negativa a topografiei suprafetei. Principala cerinta a unor replici de calitate este preluarea exacta prin replicare a topografiei superficiale a probei. Se pot obtine replici de pe suprafete rugoase, de pe suprafete de rupere (fractura) sau de pe suprafete polizate si lustruite, atacate chimic, electrochimic sau prin bombardament ionic. In cazul suprafetelor atacate, morfologia unor constituent5i sau faze secundare poate fi usor relevata datorita ratei diferite de atac a acestora in rapot cu matricea.

In functie de natura si propietatile materialelor investigate exista mai multe tipuri de replica: 1) replici in plastic; 2) replici obtinute prin evaporare; 3) replici obtinute prin oxidare.

Page 21: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Replicile in plastic se obtin prin depunerea pe suprafata probei a unei solutii de material plastic intr-un solvent organic corespunzator. Dupa evaporarea solventului, pe suprafata probei ramane un strat de lac solid si subtire, care se poate desprinde de proba pe cale mecanica sau chimica (prin dizolvarea probei). In acest scop se utilizeaza curent solutii de 0,5 – 2% colodiu in acetat de amil sau 1-5% formvar in dioxin. Uneori aceste replici sunt insa putin transparente pentru fasciculul de electroni si contrastul in imagine este scazut.

Mult mai utilizate sunt replicile obtinute prin evaporare care confera in general rezolutii inalte si contrast ridicat. In mod obisnuit aceste replici se obtin prin evaporarea termica in vid a carbonului in instalatii speciale de evaporare.

Replicile oxidice pot fi obtinute numai in cazul unor metale si aliaje care se oxideaza usor ( de exemplu aluminiul si aliajele sale). Stratul de oxid se poate obtine de exemplu ca rezultat al unui proces de electroliza si se desprinde de proba intr-un solvent corespunzator, fiind apoi asezat pe un suport special pentru studiul direct in microscopul electronic.

Frecvent, in functie de numarul etapelor parcurse pentru obtinerea preparatului de studiat, metodele de pregatire a replicilor (replicare) se clasifica in :

- metode de replicare cu o singura treapta;

- metode de replicare cu doua trepte.

In prima metoda (fig. 11a) se obtine replica direct de pe suprafata investigate, asa cum s-a descries anterior, aceasta copie negativa fiind studiata ulterior in miocroscopul electronic prin transmisie.

In a doua metoda (fig. 11b), replica se obtine in doua etape: la inceput se obtine o replica intermediara groasa ( matrita) de pe suprafata probei, iar ulterior, dupa separarea mecanica a acesteia, se pregateste replica finala (prezentand acelasi microrelief ca si proba initiala) printr-un procedeu asemanator primei metode. In acest scop, se executa evaporarea de carbon in strat subtire pe suprafata matritei, urmand ca replica finala de carbon sa se separte de matrita de plastic prin dizolvarea acesteia intr-un solvent organic.Ca materiale plastice pentru matrite se pot utiliza: polistirol, formvar, colodiu sau celuloza, iar ca silventi tipici pentru acestea se folosesc: benzol, dioxin, acetat de amil si acetona.

Page 22: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Replica monotreapta Replica in doua trepte Replica de extractie

Page 23: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

b) metode de preparere a probelor in vederea examinarii structurii interne (metoda directa). O mare varietate de metode a fost propusa pentru reducerea grosimii probelor pana la obtinerea unor folii subtiri, cu grosimi adecvate investigatiilor electrono-microscopice. Straturi subtiri au fost obtinute prin evaporare si depunere in vid, sau prin pulverizare cu fascicule ionice a materialului respective pe suporti convenabili. Unele cristale ( de exemplu mica) pot fi direct clivate la grosimi suficient de subtiri, pentru a permite examinarea in microscopul electronic prin transmisie.

Metodele curente de obtinere a unor probe cu grosimi sub 0,5mm constau in taierea mecanica, eroziunea chimica sau electrochimica. Materialele ceramice pot fi de asemenea subtiate prin utilizarea bombardamentului ionic.

In final, probele cu grosime redusa trebuie sa fie aduse la “transparenta electronica” printr-un proces controlat de polizare electrolitica. Electropolizarea se efectueaza prin doua tehnici standard: metoda ferestrei si metoda Bollmann.

In prima metoda, proba acoperita cu un lac protector in zona marginilor, pentru a preveni un atac chimic excesiv, este suspendata intr-un electrolit. In fata probei, care constituie anodul, se afla catodul confectionat din acelasi material. Aplicand o tensiune si o densitate de curent adecvate, in “fereastra” constituita de zona nelacuita a suprafetei probei se formeaza gauri, pe marginea carora sau intre care se afla portiuni transparente pentru fasciculul electronic, acestea din urma putand fi decupate si studiate in microscop.

Page 24: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

In metoda Bollmann, proba de subtiat (anodul) se afla intre doi catozi de otel inoxidabil

ascutiti. Acesti doi electrozi sunt plasati la cca 0,5mm de centrul suprafeti probei. Dupa obtinerea unei perforatii, proba este deplasata astfel incat electrozii sa se afle intre perforatia anteriaoa si marginea cea mai apropiata a probei. Subtierea continua in acelasi regim, pana in momentul in care marginile perforatiei si probei aproape se unesc. Zona foliei cuprinsa intre cele doua margini poate fi taiata si examinata direct in microscop.

Solutiile de electroliti se aleg in functie de natura materialului iar regimul de subtiere electrolitica( tensiune, densitate de curent) este variabil si necesita uneori lucrul la temperature fie scazute, fie ridicate. Un exemplu tipic de electrolit, utilizat pentru subtierea otelurilor inoxidabile, este cel format din 42% H3PO4, 34% H2SO4 si 24% H2O, intr-un regim de polizare caracterizat prin U= 8-9 V, I=9-10A, t=30° -60° C .

Dupa cum s-a mentionat anterior, stratul subtiri metalice sau ceramice pot fi obtinute prin procedee de depunere prin evaporare in vid, prin pulverizare catodica sau cu fascicule ionice, prin depunere electrolitica, sau prin depunere chimica in faza de vapori (CVD). Straturile obtinute de grosimi variabile pot fi mono sau policristaline. Factorii esentiali pentru controlul dimensiunii grauntilor, orientarea cristalografica si compozia chimica a straturilor depuse sunt: viteza de depunere, temperature suportului, natura chimica a suportului si stratului. In calitate de suport se utilizeaza curent halogenuri alcaline, carburi, sticla, mase plastice, etc.

Page 25: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Analize: Structura, defecte structurale, cristalografie, compoziţia chimică,

legaturi chimice, proprietăţi.

Artefacte:

În cazurile în care electrolitul nu este adecvat sau în cazul în care

condiţiile de lustruire nu sunt îndeplinite pe suprafata probei pot sa apara

produsi rezultati in timpul dizolvarii (oxid, sulf, etc). În cazul în care acest

artefact afecteaza analiza sau observatiile, filmul subtire de pe suprafata

probei poate fi eliminat prin curăţare in plasma sau prin curatare chimica.

Page 26: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Subtiere prin polizare electro-chimica cu dublujet

Presupune taierea mecaniaca, din materialul de investigat, a unui disc cu diametrul de 3mm si subtierea lui prin polizare mecanica pana la o grosime de 0.5 mm.

Page 27: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Subtierea ionica Foloseste o descarcare electrica de cativa kV, care genereaza si focalizeaza ioni de Ar+ pe suprafata probei pentru a distruge reteaua cristalina si a expulza atomii de pe superficiali.

Artefacte:

- Se obtine o suprafata rugoasa;

- De poata crea un strat amorf pe ambele suprafete;

- Implantare ioni;

- Crearea de dislocatii;

- Modificarea stoechiometriei;

- Rate de subtiere diferite pe compuşi sau faze diferite;

- Încălzire.

Observaţii: - defecte cristaline

- defecte liniare (dislocatii...)

- defecte bidimensionale (macle...)

- Studiul structurii şi a interfeţelor intercristaline (interfazice)

- Particule de precipitate.etc

Page 28: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Pregatirea probelor prin tehnica FIB

Page 30: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work
Page 31: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Penru TEM exiata anumite cerinţe critice şi restricţii privind pregătirea

probelor: • Precizia de o obtine o folie dintr-o anumita zona

• grosimea folieie;

• viteză de pregătirea;

• cantitatea de material amorf aparut in procesul de FIB;

• Eliminarea procedurilor de montarea pe grila TEM;

• Instrumente pentru procesare.

Mayer et al. 2007. TEM Sample Preparation and FIB Induced Damage. MRS Bulletin 07 V32 .

Noile instrumente rezolva majoritatea restrictiilor si cerintelor privind pregatirea probelor pentru TEM si HRTEM (vezi http://wiki.fei.com).

Timpul de preparare, cu un instrument FIB complet automatizat poate fi redus pana la 4 lamele pe ora.

Page 32: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

O serie de artefacte au fost observate în probele TEM pregătite de FIB. Acestea includ variaţii

locale în grosime a probei, paralel cu direcţia fasciculului de ioni ca rezultat al diferenţelor în ratele de

pulverizare între fazele din probele eterogene (Brown, 1986). In unele materiale fascicul de ioni creează pe

fiecare suprafaţă un strat amorf. Straturile amorfe au fost observate, în mai multe studii efectuate pe siliciu. Pentru o energie a fasciculului de 30 keV aceste straturi sunt, de obicei, de circa 20-30 nm

în grosimea. Reducerea energie fasciculului de ioni de la 30 keV la 6 sau 10 keV reduce grosimea straturilor amorfe de aproximativ de doua ori. (Walker & Broom, 1997;. Jamison et al, 2000).

De asemenea, ioni de galiu pot să rămână implantati în probă. Concentraţiile reziduale de galiu pot

afecta microanaliza chimica efectuata pe astfel de probe.

Un alt artefact important indus de FIB, în special în probele eterogene chimic, este redepunerea sau, mai grav, o combinatie intre amorfizare si depunere.

Page 33: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Artefacte/Probleme Consecinte

Grosimi variabile -suprafata variabila pentru mspping(EP, IT,C, CD)

-arie limitata pentru EELS, XSDS

-densitate de defecte distorsionata

Grosime uniforma -Iinfoi limitate pentru difractie(UM)

-info limitate asupra microstructurii

-dificultati la manevrare(UM)

Suprafete de filme -reziduuri din baie, disolutii si/sau redepuneri;(EP)

-aparitia oxizilor; ;(EP)

-topografie neregulata;

-acumularea de defecte de iradiere;

-retentie de particule din matrice;

-formsrea de Cu2O din grila

-amorfizare prin iradiere cu ioni; ulei din DP.

Subtiere diferentiala -faze diferite au rate de subtiere diferite;

-orientari diferite au rate de subtiere diferite;

-crestere diferita a grauntilor/fazelor diferita;

- atac anodic a particulelor/matricei

Selectivitate -perforatii influentate de defecte structurale locale(EP,IT);

-informatii structurale limitate;(C,R)

- regiunile slabe sa se desprinda.

Defecte “false” -microstroctura mascata de defecte cu mare densitate (Um,CD);

-defecte induse de deformatii;(EP,TP)

- defecte induse de catre ioni (micropori)(IT);

-defecte structurale induse termic(EP,IT).

Page 34: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work
Page 35: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

35

Atomic resolution images of C-single wall nano-tubes with CuI filling @ 300kV shows beam

damage after ~1-2min in the e-beam

Fresh area same area after 1min in e-beam

5 n m5 n m

Images : B.Freitag, sample : Prof Kiselev, Moscow, Russia

5 n m

Damaged tubes

The Need for High Tension Flexibility for sensitive materials

Page 36: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Liniile din imsgine provin de la oprirea rotirii probei in timpul subtierii rotire cu fascicul de ioni

Aparitia unei structuri nanocristaline in GaAs in timpol iradierii cu fascicul de ioni

Page 37: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Redepuneri formate in timpul subtierii ionice la unghiuri mici.

Picaturi de fosfat de In formate in timpul subtierii ionice cu doua fascicule.

Page 38: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Artefacte sferice in aliaj Ni-Fe-Al formate in timpul polizarii electrolitice

Redepuneri de Cu provenite de la suportu de proba

Page 39: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work
Page 40: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work
Page 41: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

TEHNICI DE MICROSCOPIE ELECTRONICA

Protocol pentru preparaea probelor

(fixare, spalare, deshidratare, includere)

TAMPON CACODILAT 0,2 M

10,7g cacodilat de Na

250 ml apa distilata

0,5g clorura de Ca

pH 7.2-7.4

TAMPON PENTRU PREFIXARE 0,1 M

12,5 ml tampon cacodilat 0,2 M

12,5 ml apa distilata

2 ml glutaraldehita

TAMPON PENTRU SPALARE 0,1 M

50 ml tampon cacodilat 0,2 M

50 ml apa distilata

1,8 g zaharoza

SOLUTIE DE OSMIU (OsO4)

4% osmiu in apa distilata

TAMPON PENTRU OSMIU

25 cacodilat o,2 M

2,13 zaharoza

SOLUTIE OSMIU PENTRU FIXARE

2 ml osmiu 4%

2 ml tampon 0,2 M pt osmiu,

SOLUTIA A:

EPON 812 62 ml

DOSA 100 ml

SOLUTIA B:

EPON 812 100 ml

MNA 89 ml.

Page 42: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

1. Fragmente foarte mici de material biologic se pun intr-o solutie tampon

0,1 M cu glutaraldehida. Se tin 2 ore (sau peste noapte) la rece ( 4oC ).

2. Se spala cu solutie tampon 0,1 pentru spalare (cu zaharoza) in 3 bai:

prima baie ½ ora;

a doua baie peste noapte;

a treia baie ½ ora in a doua zi.

3. Probele se introduc in solutia de tatraoxid de osmiu pentru fixarea propiuzisa timp de 2 ore la rece.

4. Se spala in 3 bai timp de 10 minute in solutia tampon 0,1(cu zaharoza).

5. Dehidratarea se face in bai succesive astfel:

in alcool de 700 , 2 bai a 15 minute;

in alcool de 960 , 2 bai a cate 30 minute;

- in alcool de 1000, 3 bai a cate 20 minute.

6. Se introduc in: alcool si propilen oxid (1:1) 2 bai a cate 15 minute;

propilen oxid 2 bai a cate 15.

Intre timp se pregateste amestecul incluzionant ( C ) prin amestecere prelugita pana la disparitia bulelor:

Solutia C:

4 ml solutie A; 6 ml solutie A; 0,15 ml accelerator.

7. Piesele se introduc intr-o solutie de 1:1 de propilen oxid cu solutie C si se

tin in exicator pana a doua zi.

8. Se prepara un nou amestec incluzionant in care se vor intruduce peisele, in doua etape succesive de cate 1 ora.

9. Dupa aceste etape se va efectua includerea definitiva in capsule si se lasa la temperatura camerei pana a doua zi cand se vor plasa intr-un termostat, la temperatura de 600 C, timp de 3 zile.

Page 43: 24 mai 2012 Partea I-atsocm.pub.ro/BursePostDoctoraleID54785/suportcurs... · artefact, artifact [ˈɑːtɪˌfækt] 1. something made or given shape by man, such as a tool or a work

Fixare

Dehidratare

Inglobare (incluzionare)

Taiere sectiunilor subtiri

Colorarea

TEM

Aldehide: Lentă (secunde, minute). Modificări conformaţionale de proteine

Modificarea a permeabilităţii membranei. Efectele osmotice duce la modificări

dimensionale. Pierderea prin difuzie de ioni si molecule mici. Mascare de antigeni.

OsO4: Depolimerizare de proteine.

Contractare

Modificări conformaţionale de proteine

Pierderea de lipide

Efecte mecanice

Pierderea de Lipidele

Contractie în timpul polimerizarii

Compresiuni,

Urme de la cutitul de taiere