Introdução à

Nanotecnologia

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Ele 1060

Aula 6

2010 - 01

Microscopia

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Microscopia

Importância

• Visualizar objetos muitos pequenos– Caracterizar materiais;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

– Estudar propriedades;

– Observar defeitos;

– Investigar comportamentos.

História

• Primeiro: 1590 na Holanda;

• Primeira descrição detalhada: 1644;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

• Entre 1660 e 1670 surgiram as primeirasaplicações sérias: Biológicas.

Microscópio Ótico

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Microscópio Ótico

Microscópio Ótico

• Utiliza a luz e conjuntos de lentes paraaumentar imagens;

• Resolução máxima:

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

• Resolução máxima:

– ~250 nm

Microscópio Ótico

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Microscópio Eletrônico de Transmissão

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

MET

História

• 1932: imagens de folhas de alumínio

– Ainda sem exceder a resolução dos óticos.

• 1933: imagens de fibras de algodão

– Amostra posteriormente danificada pelos elétrons.

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

– Amostra posteriormente danificada pelos elétrons.

• 1939: primeiro microscópio comercial

• 1942: primeira conferência

– Delft, Holanda

• 1950: primeira conferência internacional

– Paris, França.

História

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Primeiro MET comercial

Informações Gerais

• Similar ao microscópio convencional;

• Feixe de elétrons de alta energia passa atravésde uma amostra fina, revelando informações;

– Elétrons são obtidos de uma “arma”;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

– Elétrons são obtidos de uma “arma”;

– Lentes sofisticadas manipulam os elétrons.

• Microscópios Comerciais.

– Aumentam 1.000.000 de vezes;

– Resolução de 0,1nm.

Informações Gerais

• Preparação de amostras – complexo;

• Aplicações em diversas áreas:

– Biologia;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

– Biologia;

– Cristalografia;

– Análise química;

– Ciências moleculares;

– Outras.

Informações Gerais

• Diferentes tipos:

– STEM – Transmissão e Varredura;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

– HRTEM – Alta Definição;

– EFTEM – Filtro de Energia.

Informações Gerais

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Informações Gerais

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

• Imagens: Dr. Brian C. Holloway – The College of

Willian and Mary – EUA.

• Exploring Nanotechnology – Nanopolis.

Vantagens• Informações de difração;

• Detalhes de morfologia;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

• Informação composicional;

• Informação cristalográfica;

• Análise de defeitos internos.

Desvantagens

• Difícil preparação de amostra;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

• Imagens 2D de estruturas 3D

– Leva a erros de interpretação;

Princípios de Funcionamento

• Feixe de elétrons de alta energia (100 – 300 keV);

– Feixe fino e energia controlada (i. e. Velocidade).

• Controle do feixe;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

• Controle do feixe;

– Lentes eletromagnéticas;

– Aberturas.

• Amostras são finas (10 – 100 nm);

• Elétrons que passam pela amostra geram asinformações.

Princípios de Funcionamento

Fonte de Elétrons

• Dois tipos de fontes:

– Termiônica

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

– Termiônica• Elétrons emitidos pelo aquecimento do filamento.

– Emissão de Campo• Campo elétrico é usado para extrair os elétrons

Princípios de Funcionamento

Fonte de Elétrons

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Princípios de Funcionamento

Lentes

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Princípios de Funcionamento

Interação Elétrons - Amostra

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Preparação das Amostras

Fatiamento

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Preparação das Amostras

Solução

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Preparação das Amostras

Moagem

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Difração

• Ocorre quando ondas passam por orifícios oucontornam estruturas da mesma ordem degrandeza do seu comprimento de onda.

– Gera um desvio na trajetória da onda.

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

– Gera um desvio na trajetória da onda.

Difração Eletrônica

• Elétrons sofrem difração quando passa pela amostra.

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Imagens

HRTEM

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Imagens

HRTEM

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Campo Claro Campo Escuro

http://ncem.lbl.gov/frames/oam.htm

Aplicações

EELS - Espectroscopia

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Aplicações

Filtro de Energia

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Aplicações

Mapa Elemental

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Aplicações

EDXS - Espectroscopia

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Exemplos

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

http://ncem.lbl.gov/frames/oam.htm

Exemplos

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

http://ncem.lbl.gov/frames/oam.htm

Nanopartículas de FePt

Microscópio Eletrônico de Varredura

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

MEV

História

• 1935: primeiro uso

• 1937: primeiros estudos físicos – Produção de uma patente na inglaterra.

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Produção de uma patente na inglaterra.

• 1965: primeiro equipamento comercial– Entregue à DuPont

• 1989: possibilidade de imagens sem preparação

– ESEM

Informações Gerais

• Feixe de elétrons faz uma varredura naamostra;

• Informações obtidas:– Topografia;

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

– Topografia;

– Composição Química;

– Propriedades óticas e magnéticas.

• Vantagem: grande “Depth of Field”– Proporção da imagem em foco.

• Resolução: 10 nm.

Informações Gerais

• Preparação de Amostras

– Mais simples que no MET

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

• Dois tipos

– Convencional

– Ambiental (Environmental)

• Permite a visualização no estado natural

Informações Gerais

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Informações Gerais

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

http://www.le.ac.uk/bs/em/sem.htm

Princípio de Funcionamento

Aparatos

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Princípio de Funcionamento

Interações Elétrons-Sólido

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Princípio de Funcionamento

Formação das Imagens

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Princípio de Funcionamento

Amostras não condutivas

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Aplicações

WDX e EDX - Espectroscopia

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

Exemplos

ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio

http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope

Fotoresistor