میکروسکوپ الکترونی روبشی | Scanning Electron Microscope

میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning Electron Microscope - SEM) یکی از بهترین روش‌های آنالیزی است که علاوه بر تهیه تصاویر بزرگنمایی شده، در صورتی‌که به تجهیزات اضافی مجهز شود می‌تواند برای آنالیز شیمیایی، بررسی ترکیب، خصوصیات سطح و ریزساختار داخلی در ابعاد میکرونی و نانومتری به‌کار گرفته شود.

 

در استفاده از میکروسکوپ های نوری محدودیت‌هایی وجود داشت زیرا قدرت تفکیک و بزرگنمایی این میکروسکوپ برای ساختارهای بسیار ریز مناسب نبود، در نتیجه  میکروسکوپ های الکترونی به دلیل قدرت تفکیک بالا و بزرگنمایی در حد یک میلیون برابر توسعه یافتند، مکانیزم عملکرد این میکروسکوپ ها مانند میکروسکوپ های نوری است با این تفاوت که به جای نور از پرتوی الکترونی و به جای عدسی های نوری از عدسی های مغناطیسی استفاده می‌شود.

 

SEM  از روش‌های پرکاربرد میکروسکوپی محسوب می‌شود. همانند دیگر میکروسکوپ های الکترونی، به دلیل استفاده از پرتوی الکترونی در SEM، حد تفکیک بسیار بالایی از نمونه‌های جامد قابل دستیابی است و قابلیت عکس‌برداری از سطوح با بزرگنمایی ۱۰ تا ۵۰۰,۰۰۰ برابر با قدرت تفکیک از کمتر از ۱ تا ۲۰ نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد.

 

نخستین تلاش‌ها در توسعه میکروسکوپ الکترونی روبشی به سال ۱۹۳۵ بازمی‌گردد که نول و همکارانش در آلمان پژوهش‌هایی در زمینه پدیده‌های الکترونیک نوری انجام دادند. آردن در سال ۱۹۳۸ با اضافه کردن پیچه‌های جاروب‌کننده به یک میکروسکوپ الکترونی عبوری توانست میکروسکوپ الکترونی عبوری-روبشی بسازد.

 

استفاده از میکروسکوپ SEM برای مطالعه نمونه‌های ضخیم اولین بار توسط زورکین و همکارانش در سال ۱۹۴۲ در ایالات متحده گزارش شد. قدرت تفکیک میکروسکوپ‌ های اولیه در حدود ۵۰ نانومتر بود. میکروسکوپ الکترونی روبشی بر اساس نحوه تولید باریکه الکترونی در آن به دو نوع Field Emission و Thermoionic Emission تقسیم‌بندی می‌شود که نوع FE-SEM دارای بزرگنمایی و حد تفکیک بسیار بالاتری بوده و تصاویری با بزرگنمایی ۷۰۰ هزار برابر را با آن می‌توان به دست آورد.

 

مبنای عملکرد این میکروسکوپ برهم‌کنش پرتو الکترونی با ماده است. پرتوهای ساطع شده از این برهم‌کنش می‌توانند برای بررسی‌ نمونه‌ها مورد استفاده قرار گیرند. ساخت SEM سبب شد تا محققان بتوانند نمونه‌ها را به سادگی و وضوح بیشتر مطالعه کنند. بمباران نمونه با پرتوی الکترونی سبب می‌شود تا از نمونه الکترون‌ ها و فوتون هایی خارج و به سمت آشکارسازها رها شوند که در آن قسمت تبدیل به سیگنال می‌شوند. حرکت پرتو بر روی نمونه مجموعه‌ای از سیگنال ها را فراهم می‌کند که بر این اساس میکروسکوپ می‌تواند تصویر متقابل از سطح نمونه را به صورت لحظه به لحظه روی صفحه نمایش دهد.

 

قبل از تصویربرداری نمونه توسط دستگاه، نیاز به آماده‌سازی آن است که بسته به جنس، سختی، اندازه، کیفیت سطح و مانند آنها متغیر است. نمونه‌ها باید به شکل جامد یا مایعی که فشار بخار کمی دارد، باشند.

 

محدودیت اندازه نمونه توسط طراحی میکروسکوپ الکترونی روبشی تعیین می‌شود. معمولاً نمونه‌هایی با اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر را می‌توان در میکروسکوپ قرار داد. نمونه‌ها باید صلب، تمیز و رسانای الکتریسیته باشند. روش‌های پولیش و اچ متالوگرافی استاندارد برای مواد هادی الکتریسیته کافی هستند. مواد غیرهادی معمولاً با لایه نازکی از کربن، طلا یا آلیاژهای طلا پوشش داده می‌شوند.

 

SEM  علاوه بر اینکه می‌تواند در اندازه‌گیری محدوده‌ اندازه‌ نانوذرات و بررسی مورفولوژی آنها، بررسی ساختار نانوکامپوزیت ‌ها، ساختار نانولوله‌ ها، تغییرات نانوساختارها در عملیات مختلف، نانوالیاف، پوشش ‌های نانوساختار، نانوساختارهای دارویی، نانوفیلترها، ساختار نانوفلاورها (Nano Flowers)، نمونه‌های بیولوژیک و بررسی پدیده ها و استحاله‌ها در مقیاس نانو به کار گرفته شود، در شکست‌نگاری، متالوگرافی، ریخته‌گری و انجماد، مهندسی سطح و خوردگی نیز کاربرد دارد.