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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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 20123
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.
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 20125
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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 20126
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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 20127
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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 20128
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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 20129
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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 201210
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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 201211
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”
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 201212
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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 201213
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!!
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 201214
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
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 201215
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.
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 201216
• 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:
II Encontro da Rede Mineira de Química - UFSJ - Maio de 201217
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;