Scanning Electron Microscopy (SEM) được gọi là “kính hiển vi điện tử quét”.
Nguyên tắc của SEM là sử dụng tia electron để kích thích bề mặt mẫu vật ở “từng điểm”, lấy tín hiệu và phân tích thông tin. Khi bề mặt mẫu được quét, rất nhiều điểm được lấy thông tin, và hình ảnh sẽ được hình thành.
Thông thường kính hiển vi quang học, sẽ cho hình ảnh tổng thể của vật một lần. Còn SEM thì chỉ lấy thông tin ở từng điểm của vật, và sau đó dựng thành hình ảnh tổng thể.
Các thông tin SEM thu được: tính gập gềnh của bề mặt (topography), thành phần nguyên tố và tính chất tinh thể của bề mặt mẫu.
Lịch sử phát triển
Những năm đầu 1930, vì giới hạn vật lý của ánh sáng khi sử dụng kính hiển vi quang học (không thể nhìn thấy rõ vật có kích thước nhỏ hơn 200 nm), nên không thể nhìn thấy được các tế bào, các protein hay các phân tử nhỏ…
Ảnh 1. Giới hạn vật lý của ánh sáng ở khoảng 0.2 um
Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope, TEM) được phát triển sớm hơn SEM. Nguyên tắc của TEM giống như của kính hiển vi quang học, nhưng thay vì sử dụng ánh sáng thì TEM sử dụng tia electron để đi xuyên qua mẫu vật. TEM đầu tiên được chế tạo ở Đức vào năm 1931, do Max Knoll và Ernst Ruska.
Sau đó SEM mới được chế tạo vào năm 1938 bởi Von Ardenne, và lần đầu tiên được đưa ra thị trường vào năm 1965.
Các thông tin mà SEM có thể cung cấp:
Topography (tính gập gềnh bề mặt): các đặc điểm của bề mặt (how it look), độ nhám ra sao, có thể biết được tính liên quan của các đặc điểm này đến tính chất của vật liệu.
Morphology (hình dạng): Hình dạng, kích thước hạt, cấu trúc của mẫu vật; tính liên quan của cấu trúc và tính chất vật liệu.
Cấu trúc 3 kính hiển vi trên tương tự nhau, nhưng khác nhau:
Kính hiển vi quang học: illumination source là nguồn ánh áng thấy được, condenser lens là các thấu kính hội tụ. Mẫu (specimen) được đặt trên đường đi của ánh sáng. Hình ảnh cuối cùng được nhìn thấy là hình ảnh xuyên qua của mẫu vật.
Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): illumination source là nguồn phát electron, thường ở nhiệt độ cao và điện thế cao để bắn ra electron, các condenser lens là các cuộn cảm từ trường, giúp định hướng đường đi của electron. Ở TEM, mẫu cũng được đặt trên đường đi của electron. Hình ảnh thu được cuối cùng hiện trên màng ảnh cảm quang, cũng là hình ảnh xuyên qua của mẫu vật.
Kính hiển vi điện tử quét (SEM): TEM có nguồn phát electron tương tự SEM. Condenser lens cũng là các cuộn cảm giúp định hướng đường đi của electron. Nhưng mẫu được đặt ở cuối đường đi của electron, Khi electron ở năng lượng cao va chạm với mẫu vật sẽ phát sinh ra nhiều loại electron, trong số đó có “Secondary Electrons”, và đầu thu tín hiệu sẽ thu loại electron này và hình thành hình ảnh. Đây là điểm khác biệt chính của SEM so với kính hiển vi quang học và TEM.
Hình minh họa của depth of field.
Thế mạnh lớn của SEM là độ phóng đại lớn hơn rất nhiều so với kính hiển vi quang học, có thể thấy được những hình ảnh mà kính hiển vi không thấy được, do giới hạn ánh sáng của kính hiển vi quang học. SEM cho hình ảnh có cấu trúc 3D, có độ sâu khác nhau nhờ vào DOF lớn. SEM cho biết được thành phần nguyên tốc và thông tin tinh thể của mẫu. Chính vì vậy SEM là một công cụ rất mạnh trong các phòng thí nghiệm và trong công nghiệp.
Hình như mod C.H.V vẫn còn hoạt động. Hy vọng có Online chém gió với mình cho vui diễn đàn xíu.
Gần đây mình cũng có đo vài mẫu SEM. Có nghe nói về kỹ thuật mạ vàng để cho kết quả tốt hôn. Nhưng chưa hiểu rõ lắm. Không biết là C.H.V có kinh nghiệm nào về việc này không ^^!
Hello,
Các mẫu dẫn điện như carbon và các kim loại đo SEM rất dễ, bởi vì electron beam bắn vào bề mặt mẫu sẽ tạo ra các “secondary electron”, nó sẽ đi đến detector nhiều và hình ảnh sẽ rõ nét.
Đối với các mẫu không dẫn điện ví dụ như SiO2 hay ZrO2, thì phải phủ lên một lớp dẫn điện. Nếu mẫu đã dẫn điện rồi, cũng có thể phủ lên thêm một lớp dẫn điện để mẫu cho hình ảnh rõ nét hơn cũng được. Phương pháp phủ thì hay dùng phún xạ kim loại như Platinum, paladium hay silver. Độ dày khoảng 10 nm là đủ để đo SEM.
