Microscopia eletrônica de Transmissão: Aspectos básicos e

aplicações.

Douglas Rodrigues MiquitaCentro de Microscopia da UFMG

II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 20122

Parte I Introdução aos aspectos básicos

Por que precisamos de TEM

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A natureza é repleta de entes e estruturas com dimensões tão pequenas que o olho humano não é capaz de identificá-las.

Para enxergar tais estruturas precisamos de algo que as tornem grandes o suficiente para que nossos olhos possam percebê-las: lentes de aumento.

Microscópios!!!!

Prólogo

Imagem real

Plano focal

Objeto

Lente Objetiva

OcularCondensadora

Lentes convergentes e o microscópio óptico

Plano imagem

Lentes:

São materiais homogeneos e transparentes, com indice de refração diferente do meio em

que está envolta e com curvatura em pelo menos uma face. Dessa forma são capazes de desviar os feixes de luz que a atravessam.

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Plano focal

Imagem real

Objeto

Lente Objetiva

OcularCondensadora

Plano focal

Objeto

Lente Objetiva

Primeira imagem

Condensadora

Lentes projetoras

Tela fluorescente

O microscópio óptico X microscópio eletrônico

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Elétrons espalhados

elasticamente

Elétrons espalhados

inelasticamenteElétrons sem

espalhamento

Feixe primário

A incidência de um feixe de elétrons sobre uma superfície material dáorigem a vários sinais.

De posse dos detectores adequados podemos captar todos esses sinais.

Essa é uma das razões da microscopia eletrônica ser uma técnica tão versátil

Raios-X

Contínuo (Breestralung)

Raios-X característicos

Catodo luminescência

Elétrons retroespalhados

Elétrons Auger

Elétrons secundários

Eletrons e sua interação com a amostra

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Por qual razão necessitamos de microscopia eletrônica de transmissão?

Para enxergar estuturas tão pequenas que não podem ser vistas a olho nú ou com microscópio óptico ou até mesmo com microscopia eletrônica de varredura.

Nanoparticulas de prata Defeitos na fabricação de

dispositivos semicondutores

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Por qual razão necessitamos de microscopia eletrônica de transmissão?

Para obter informação estrutural de pequenos objetos

SAED de uma liga de Cu-Al-Ni HR-TEM da direção [001] do Si

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Por qual razão necessitamos de microscopia eletrônica de transmissão?

Para obter informação sobre a composição química de pequenas estruturas

EDX de nanoparticulas de prata

Mapeamento por EElS

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Por qual razão necessitamos de microscopia eletrônica de transmissão?

Extrair informação (de pequenas estruturas) que outras técnicas não permitem ou não fazem da maneira correta.

Casamento de rede em QD´s

de InAs sobre GaAs

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As palavras chave são “pequenas estruturas” � que na verdade significam estruturas com dimensões da ordem de nanometros.

TEM fornece informações em nano escala:

• Imagens;

• Estrutura;

• Composição Química;

• Outras a depender da necessidade.

È a técnica pioneira em nanoescala.

Uma das mais importantes, se não for a mais, ferramentas para nanotecnologia.

Palavras chave � “pequenas estruturas”

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O que faz a microscopia eletrônica tão poderosa?

O fato de usarmos eletrons!!

Devido a sua dualidade onda particula, podemos tratar elétrons como ondas.

Ao acelerar elétrons por potenciais da ordem de KeV, damos a eles energia suficiente para que seu comprimento de onda seja da ordem de angstrons.

2

1

20

0 )2

1(2

+

=

cm

eVeVm

hλ

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Para um microscópio óptico (λ = 400 nm) a melhor resolução atingida atéhoje é de 174 nm. [lentes imersas em óleo (n =1,4)].

Para um microscópio eletrônico o melhor resultado até hoje foi de

0,13 nm a 100 kV (λ = 0,0037 nm)

0,09 nm a 200 kV (λ = 0,0025 nm)

A diferença está na natureza das lentes eletromagnéticas, que contém imperfeições intrinsecas que alteram de forma efetiva o desempenho do microscópio. São elas:

• Aberração esférica;

• Aberração cromática;

• Astigmatismo Detalhes em instantes!!

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Plano focal

Imagem real

Objeto

Lente Objetiva

OcularCondensadora

Plano focal

Objeto

Lente Objetiva

Primeira imagem

Condensadora

Lentes projetoras

Tela fluorescente

O microscópio óptico X microscópio eletrônico

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O microscópio óptico X microscópio eletrônico

As principais diferenças:

• O comprimento de onda;

• Interação com a amostra;

• Distribuição de energia ( monocromático X luz branca);

• Colimação e paralelismo;

• Facilidade de deflexão.

• Coerência

As principais vantagens em TEM:

• melhor resolução;

• diversidade de sinais;

• melhor resolução;

• Qualidade da imagem e facilidade de interpretação;

• Uso de lentes eletromagnéticas.

• Melhor resolução, resultados interpretáveis.

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• Excelente vácuo;

• aumentar o livre caminho médio dos elétrons;

• prolongar a vida útil do canhão;

• Uma fonte de elétrons

• capaz de gerar elétrons com alta velocidade

• Cameras, unidades eletrônicas e “softwares”

• para viualizar, armazenar e tratar os resultados.

• Amostras com espessura que permitam a passagem do feixe

• preparação de amostras é o coração da microscopia, seja SPM, MEV, TEM ou óptica.

Exigências básicas para TEM:

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Formação da imagem em TEM

• Raios que chegam a lente passando pelo foco saem paralelos ao eixo optico;

• Raios que chegam a lente passando por seu centro passam sem sofrer desvio;

• Raios que chegam a lente paralelos ao eixo óptico saem pelo foco;