CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG
2.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
2.3.1. Giới thiệu
Bước đầu tiên của một đánh giá khoa học là quan sát kỹ lưỡng hình thái của vật liệu. Với mục đích này, chúng ta có kính lúp hoặc kính hiển vi quang học. Tuy nhiên, nếu sử dụng ánh sáng thơng thường, chúng ta khơng thể nhìn thấy bất cứ thứ gì nhỏ hơn bước sóng ánh sáng và do đó việc quan sát cấu trúc nano là vơ cùng khó khăn.
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được giới thiệu ở đây sử dụng chùm tia điện tử có bước sóng ngắn hơn bước sóng của ánh sáng và do đó việc quan sát cấu trúc có quy mơ xuống đến vài nm trở nên khả thi.
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau như y tế, sinh học, kim loại, chất bán dẫn và gốm sứ, và các ứng dụng của nó ngày càng rộng rãi. Với nhiều phần đính kèm và thiết bị được kết hợp, khả năng của nó ngày càng mở rộng. SEM được coi là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất đang được sử dụng tại các viện R&D và các địa điểm kiểm tra kiểm sốt chất lượng trên tồn thế giới.
2.3.2. Cơ chế của SEM
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho phép quan sát các cấu trúc bề mặt rất nhỏ, điều mà khơng thể quan sát được trên các thiết bị kính hiển vi thơng thường (hay còn gọi là OM). Hơn nữa, nó có thể cung cấp hình ảnh với chiều dài tiêu cự lớn hơn, điều này cho phép quan sát ảnh trong không gian 3 chiều, tương tự với cảm giác như khi chúng ta nhìn một chất bằng mắt thường, bằng cách phóng to bề mặt mẫu vật có cấu trúc thơ.
SEM sử dụng các điện tử để hiển thị hình ảnh phóng to của mẫu vật, theo cách tương tự như kính hiển vi điện tử truyền qua (hay cịn gọi là TEM). Vì một electron có bước sóng ngắn hơn ánh sáng, nó cho phép chúng ta quan sát những thứ nhỏ hơn có thể nhìn thấy bằng OM. Độ phân giải từ dùng để chỉ kích thước nhỏ nhất có thể quan sát rõ ràng (khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm lân cận… độ phân giải của mắt người là 0,2mm). Độ phân giải của TEM là 0,1 đến 0,3nm trong khi độ phân giải của SEM là 0,5 đến 4nm. Lý do khiến độ phân giải của SEM thấp hơn TEM là do bước sóng của các electron trở nên dài hơn vì điện áp gia tốc của các electron được sử dụng trong SEM
thấp từ vài kV đến vài chục kV, và do sự khác biệt đặc trưng của các thấu kính điện từ được sử dụng để hội tụ các chùm tia điện tử.
TEM cung cấp một hình ảnh phóng to được chiếu lên màn hình huỳnh quang, nơi hình ảnh được hình thành bởi các điện tử truyền (đi qua) qua mẫu vật đã được chuẩn bị mỏng. Trong khi đó, SEM tạo ra hình ảnh bằng cách sử dụng các điện tử được phản xạ hoặc tạo ra từ bề mặt của mẫu vật.
Hình 2.4 : Cơ chế hoạt động của kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Từ điểm được chiếu sáng bởi chùm điện tử, các tín hiệu khác nhau, chẳng hạn như các điện tử thứ cấp, các điện tử tán xạ ngược, tia X đặc trưng và sự phát quang cực âm, được phát ra tùy thuộc vào dạng của mẫu vật, mật độ của chất và các nguyên tố chứa bên trong.
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) thường phát hiện các điện tử thứ cấp để tạo thành hình ảnh để quan sát. Khi cường độ của các điện tử thứ cấp được tạo ra thay đổi tùy thuộc vào góc của các điện tử tới trên bề mặt mẫu vật, các biến thể tinh vi về độ nhám của bề mặt có thể được biểu thị theo cường độ tín hiệu.
Hình 2.5 : Hình ảnh sợi quang quan sát được bằng SEM với độ phóng đại 370 lần
2.3.3. Thiết bị và giao diện làm việc
Khả năng xem trực tiếp hình thái của vật liệu trên thang đo trong phạm vi từ µm đến nm là rất quan trọng đối với khoa học vật liệu và hóa học trạng thái rắn. JEOL JSM-IT200 là kính hiển vi điện tử quét có độ phân giải <10 nm. Một số tính năng hữu ích khác như sau:
- Hoạt động trong chân không cao và chân không thấp, lên đến ~ 120 Pa. - Máy dò điện tử thứ cấp và điện tử tán xạ ngược để biết hình thái học và thơng
tin cấu tạo bổ sung.
- Quang phổ phân tán năng lượng tia X (EDS) để phân tích nguyên tố với ID điểm, quét vùng, quét đường và lập bản đồ.
- Giai đoạn cơ giới hóa XY với khả năng xoay và nghiêng bằng tay.
Theo quy định, các mẫu phải có độ dẫn điện vừa phải để tạo ra hình ảnh tốt và phải được cố định vào chất nền để tránh làm hỏng thiết bị.
Hình 2.6 : Kính hiển vi điện tử qt Jeol JSM-IT200 và giao diện phần mềm SEM Operation.
Người sử dụng có thể dung phần mềm SEM Operation do nhà sản xuất cung cấp để quan sát hình thái, đo kích thước và kết quả thu được có thể lưu lại ở các định dạng file ảnh như .jpg hoặc .png.