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Tecniche

SEM microscopia elettronica a scansione

Risoluzione e profondità di campo

La Microscopia Elettronica a Scansione (SEM) non sfrutta i fotoni della luce come la microscopia ottica ma un  fascio di elettroni che colpisce il campione.  Grazie alla lunghezza d’onda degli elettroni di molto inferiore rispetto a quella dei fotoni  il potere di risoluzione di un microscopio elettronico a scansione è nettamente superiore rispetto a quella di un microscopio ottico. Inoltre anche la profondità di campo di un SEM è molto più elevata consentendo immagini perfette anche per campioni tridimensionali (con uno spessore elevato).

 

Sorgente

La sorgente di elettroni di un microscopio elettronico a scansione può essere un filamento di tungsteno, oppure nei SEM da banco più sensibili e performanti un filamento di Esaboruro di Lantanio(LaB6) o di Cerio (CeB6) – vedi foto accanto.  Il campione viene mantenuto sotto vuoto per evitare che l’aria disturbi la creazione del fascio di elettroni. Il campione deve essere conduttivo, altrimenti produrrebbe cariche elettrostatiche che disturberebbero la rivelazione del segnale. Nel caso di campioni non conduttivi, essi possono essere metallizzati con degli apparecchi specifici (Sputter Coater) o più semplicemente, nei microscopi elettronici SEM che lo consentono,  analizzati in basso vuoto con dei portacampioni (holder) adatti, con il metodo chiamato “charge reduction”.

Scala di grigi

In un microscopio elettronico a scansione SEM il campione viene sottoposto ad una scansione riga per riga con il fascio di elettroni su un’area specifica. In risposta vengono riemessi dal campione diversi segnali: elettroni di backscattering, elettroni secondari, raggi X, etc. Il campione viene mantenuto sottovuoto per evitare interferenze. A parità di voltaggio di accelerazione, la penetrazione del fascio di elettroni varia in funzione del numero atomico dell’elemento, o meglio è maggiore in materiali più leggeri e minore in materiali più pesanti. Di conseguenza anche la quantità di elettroni di backscattering riemessi dal campione, e rilevati da uno specifico detector, sarà proporzionale alla durezza del materiale stesso. Per questa ragione le immagini ottenute al SEM con un detector di backscattering mostrano una scala di grigi che può essere connessa alla tipologia di materiale in questo modo:

  • materiali leggeri=immagini più scure (gli elettroni penetrano di più e quindi ne vengono riemessi pochi)
  • materiali pesanti=immagini più chiare (gli elettroni penetrano meno e quindi ne vengono riemessi molti) 

 

Analisi elementare

Alcuni microscopi elettronici a scansione SEM possono essere equipaggiati con detector per microanalisi EDX (Energy Dispersive X-ray microanalysis, detta anche EDS) in grado di rilevare i raggi X riemessi dal campione e di  fornire l’analisi elementare dei campioni. La combinazione dell’analisi elementare X-ray EDX con quella d’immagine del microscopio elettronico a scansione SEM forniscono uno strumento molto potente per la comprensione della composizione della struttura dei materiali.

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